CN107405592A - 允许使用少量催化剂的倾斜床反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种允许使用少量催化剂的倾斜床反应器。将所述反应器应用于再生重整方法。
Description
发明领域
本发明涉及具有催化剂的重力运动和进料的横向流动的新型倾斜床反应器技术。更具体地说，其适用于具有催化剂的连续再生的汽油的催化重整。本发明意味着可以使用非常少量的催化剂，因此可以保持短的停留时间-这是采用当前技术无法获得的特征。
本发明反应器可用于获得大于50h-1、或甚至大于100h-1的HSV(进料的流量与催化剂的质量之比)。
在具有高吸热或放热的反应，例如汽油重整反应的背景中，例如，本发明的反应器可用于限制该热量（thermicity）对反应区内的温度分布的影响。考虑到反应器内的温度变化对催化活性的影响，这意味着它对单元的性能具有重大的作用。
本发明技术可以被认为是再生重整中使用的径向床技术的延伸。
现有技术
在关于径向床反应器的现有技术中，可以引用提供常规技术的概述的专利US 6221 320。
在现有技术中，径向床反应器中的催化床由两种格栅（grid）—内部格栅和外部格栅限定。更准确地说，通常可以识别以下：
•限定气态流出物的中心收集器的内部格栅，
•限定气态进料的供应体积的外部格栅。
工艺流体经由外部壳体和外部格栅之间限定的外部体积到达。然后它以垂直于催化剂的运动的基本上水平的方式通过催化床，所述催化剂的运动是重力的，即为从顶部到底部基本垂直的，并且仅通过催化剂床的重量的作用获得。
工艺流体的径向流动和催化剂的重力流动经由通常圆柱形的并且具有与外部格栅相同的基本上垂直的轴线的内部格栅隔开。
由内部格栅限定的圆柱体、或更通常为大致圆柱形起到中心收集器的作用，以将气态流出物从包括在外部格栅和内部格栅之间的反应区排出；因此，所述反应区在形状上是大致环形的。
许多限制与径向床技术相关。具体而言，通过催化床的气体的速度是受限的以：
•避免在床的入口处产生空化，
•防止催化剂在离开时被钉固（pinned）在内部格栅上。
•减少压降，其是速度和床的厚度的函数。
为了在催化床的整个高度上均匀分布的目的，可以向中心收集器添加旨在产生压降的多孔格栅。
最后，为了建造的目的，通常需要在内部格栅和外部格栅之间留出足够的空间。总而言之，累积的约束意味着可以被封装在环形区域中的催化剂的最小体积不能降至低于某一最小值。
通常，在现有技术中，最大的HSV具有20h-1的量级，而根据本发明的反应器可用于获得大于50h-1或甚至大于100h-1的HSV。
附图简述
图1a代表根据本发明的反应器的示意图，其中在中心引入催化剂并将其侧面排出。床相对于水平方向的角度大于催化剂的静止角（angle of repose）(确保催化剂颗粒的重力流动的最小角度)，
图1b代表根据本发明的反应器的示意图，其中催化区倾斜另一个角度，并由两个同心圆锥限定出催化床，以控制其厚度，
图1c代表根据本发明的反应器的另一个变体，其中在周边引入催化剂并将其在中心排出。催化床也由两个同心圆锥限定，以控制其厚度，
图2a代表在图1c的变体中的本发明的反应器的分解图，从其可以看到催化剂的周边引入支管（leg）8和中心收集器支管9。
图2b代表与图2a相同的分解图，反应器设置有其外封套5，这意味着可以经由入口管6引入反应气体，并且可以从出口管7回收流出物。仅沿倾斜部分横穿催化床3。
发明概述
本发明可以限定为具有催化剂的倾斜重力流动和进料的横向流动的反应器。
术语“催化剂的倾斜重力流动”是指它不像现有技术的反应器那样垂直流动，而是以某一倾斜角度流动，对该角度的唯一约束是它必须大于被称为“静止角”的角度，低于该角度，固体的流动是不可能的。
术语“进料的横向流动”是指进料以基本上垂直于催化剂的流动方向的方向通过催化床。
所述反应器包括外锥形壁1和内锥形壁2，这两个壁基本上彼此平行，即，将这两个壁隔开并限定倾斜催化区3的厚度的距离在所述催化区的上部和下部之间变化不大于1cm。
由外壁和内壁形成的圆锥的顶点可以指向顶部或指向底部。
倾斜催化区3通常在催化剂分布区4之后，催化剂分布区4是垂直的圆柱形区域，其高度H为200-1500mm，优选350-700mm，将催化剂经由一个或多个引入支管8引入所述分布区4中，并且通过一个或多个排出支管9从反应区4的出口收集。
如图1a和图1b所示的具有倾斜催化区3并且将催化剂经由一个引入支管引入其中并经由多个排出支管收集的反应器完全落在本发明的范围内。本说明书的其余部分涉及如图1c所示出的反应器。
由外锥形壁1和内锥形壁2、引入支管8和一个或多个排出支管9构成的组件被封装在包括上半球形部分10、中心圆柱形部分11和下半球形部分12的壳体5中。进料经由通常位于上半球形部分10的顶部的进入管6进入壳体5的内部，并且反应流出物经由通常位于下半球形部分12的下部的下部管7排出。
通常，将外锥形壁1和内锥形壁2隔开的距离为50-200mm，优选50-150mm。
通常，在本发明的上下文中，反应区3的倾斜角度α为0°(不包括)-70°，优选10°-50°，所述角度α相对于垂直方向。
通常，在本发明的上下文中，高度与直径之比为1-30，优选1-10，更优选1-5，所述高度被定义为分布区4和倾斜催化区3的高度之和，并且所述直径被定义为分布区4的直径。
本发明还涉及使用上述反应器将汽油型馏分催化重整的方法。
根据该方法：
•进料通过大致位于壳体5的上半球形部分10的顶部的入口管6进入壳体5，
•进料通过倾斜催化区3，并且由催化反应产生的流出物被收集在大致位于壳体5的下半球形部分12的中心的出口管7中，
•催化剂经由一个或多个引入支管8进入垂直的分布区4中，在重力作用下流过倾斜催化区3，然后经由一个或多个中心出口支管9排出。
所述根据本发明的将汽油型馏分催化重整的方法具有通常大于50h-1、优选大于100h-1的HSV(进料的质量流量与催化剂的重量之比)。
所述根据本发明的将汽油型馏分催化重整的方法可用于处理具有高达70重量%的链烷烃含量的进料。
最后，所述根据本发明的将汽油型馏分催化重整的方法甚至可用于处理全部是链烷烃的进料。
优选地，将根据本发明的倾斜重力流动反应器并入催化重整单元，在构成所述单元的一系列的3或4个反应器的最前面。
用于汽油的再生重整单元的典型操作条件如下：
•每个反应器的入口温度为480℃-550℃，
•每个反应器的压力为0.9-0.5MPa(1MPa=106Pa)。该操作压力通常沿后续的反应器从起始反应器至最后反应器降低。
发明详述
本发明描述了一种旨在使用量级为一吨的少量的催化剂的倾斜催化床反应器，所述反应器可以有利地构成汽油的催化重整单元中的系列的第一反应器，所述催化重整单元在现有技术中包括三至四个串联的反应器。
更准确地说，根据本发明的反应器是具有催化剂的倾斜重力流动和进料的横向流动的反应器。术语“催化剂的倾斜重力流动”是指在重力下并以0°-70°的某一角度α(该角度α相对于垂直方向)发生的流动。
根据本发明的反应器包括外锥形壁1和内锥形壁2，这两个壁基本上彼此平行。术语“基本上平行”是指将这两个壁隔开并限定催化层3的厚度的距离“e”(参见图2a)在反应器的上部和下部之间变化不大于1cm。
由外壁1和内壁2形成的圆锥的顶点可以指向顶部或指向底部。
优选地，当该顶点指向底部(对应于图1c)时，使用多个引入支管8和一个催化剂排出支管9。
以相同的方式，当由外壁1和内壁2形成的圆锥的顶点指向顶部(对应于图1a和图1b)时，优选采用一个催化剂引入支管8和多个排出支管9。
本说明书的其余部分涉及具有指向底部的锥形壁的催化区3的构造(参见图1c，详见图2a和图2b)。
倾斜催化区3通常在催化剂分布区4之后，催化剂分布区4是垂直区域，其高度H为200-1500mm、优选350-700mm。
该分布区意味着经由引入支管8引入的催化剂可以在其进入倾斜反应区3之前被均匀地分布。
这些引入支管8具有通常为2-4英寸(即5.0cm-10.2cm)的直径。
倾斜催化区3终止于催化剂排出支管9，其也被称为中心排出支管9，其具有通常为2-6英寸(即5.0cm-7.7cm)的直径。在某些情况下，可以设置若干个基本上均匀地按圆形分布的排出支管9。在本说明书的其余部分中，为了简化起见，仅提及单个排出支管。
在引入支管8、催化剂分布区4、倾斜催化区3和中心排出支管9中，催化剂的流动始终是重力的。
由引入支管8、催化剂分布区4、倾斜催化区3和中心排出支管9形成的组件被封装在包括上半球形部分10、中心圆柱形部分11和下半球形部分12的壳体5中。
将进料经由入口管6引入上半球形部分的顶部中。进料在整个倾斜部分上通过倾斜催化区3，并且经由位于壳体5的下半球形部分的出口管7收集反应流出物。
倾斜催化剂区3的厚度为50-200mm，优选50mm-150mm。
倾斜催化剂区3的倾斜角α为0°-70°，优选10°-50°。
在本发明的反应器的可能布置中，如图1a和图1b所示，可以在中心引入催化剂并从周边排出。
这些不同布置中的不变元素是倾斜催化区3的存在。
这意味着如图1a或图1b所示的其中催化剂经由一个上部引入支管8进入并经由多个下部收集支管9收集的反应器的布置完全落在本发明的范围内。
催化剂分布区4具有高度H，其取决于引入支管8的数量、催化剂的流动角和壳体的直径。该高度通常为200-1500mm，优选为350-700mm。
有利地，本发明的反应器可用作使用三或四个径向床反应器的系列将汽油型馏分催化重整的方法中的第一反应器。在这种情况下，进料的流动和催化剂的流动可以描述如下：
•进料通过大致位于壳体5的上半球形部分10的顶部的入口管6进入壳体1，
•进料通过倾斜催化区3，并且由催化反应产生的流出物被收集在大致位于壳体5的下半球形部分12的中心的出口管7中，
•催化剂经由引入支管8进入垂直分布区4中，在重力下流过倾斜催化区3，然后经由一个或多个中心出口支管9排出。该催化剂通常为球形珠的形式，其直径为1-4mm，优选1.5-2mm。
在使用根据本发明的反应器将汽油型馏分催化重整的方法中，HSV(进料的流量与催化剂的重量之比)大于50h-1，优选大于100 h-1。
在使用根据本发明的反应器将汽油型馏分催化重整的方法中，进料可以具有高达70重量%的链烷烃含量，甚至可以是全部是链烷烃的进料。
实施例
以下实施例用于举例说明根据本发明的反应器的尺寸，旨在将所述反应器放置在处理具有150t/h的进料流量的汽油馏分的进料的再生重整单元最前面。通常情况下，术语“汽油馏分”是指初沸点为约40℃、终沸点为约220℃的油馏分。在这些限制内的任何油馏分可以完全适合作为再生重整的进料。
l 实施例1表示不根据本发明的参考情况，
l 实施例2举例说明了在与实施例1相同的操作条件和相同的催化剂总量下的设置有根据本发明的第一反应器的单元的性能，
l 实施例3举例说明了具有与实施例2相同的特性、但是处理更严苛（severe）的进料的单元的性能。
实施例1，根据现有技术
在该实施例中，在四个串联设置的反应区(或反应器)中处理烃进料。催化剂在反应器中的分布如下：相对于催化剂的总重量为10重量%/ 20重量%/30重量%/40重量%。
反应器的排序对应于流出物的流动。
催化剂的总量为75吨。整体HSV为2 h-1。
表1提供了烃进料的组成：
•初沸点100℃，终沸点170℃：
。
反应器中使用的催化剂包含氯化氧化铝型载体、铂，并采用锡助催化（promoted）。催化剂颗粒为球形，其平均直径为1.8mm。
然后将加热至520℃的进料在四个反应器中依次地处理，中途将流出物加热至520℃，然后将其引入下一个反应区。
四个反应区中的操作条件提供在下表2中。选择这些条件以产生具有等于103.5的RON(研究法辛烷值)的从第四反应器的出口回收的重整产物。
实施例2是根据本发明的。在五个串联设置的反应器中处理烃进料，其中催化剂的分布如下：相对于总的催化剂重量为2重量%/10重量%/20重量%/30重量%/38重量%。
将根据本发明的小型反应器置于最前面。这是反应器1，其含有单元中的催化剂的总质量的2%的催化剂。
催化剂的总量仍为75吨，以处理150t/h(整体HSV=2h-1)的流量的烃进料。
如实施例1的情况，将来自一个反应区的进料和流出物加热至520℃，然后进入下一个反应区。
反应器的反应区中的操作条件总结在下表3中：
。
第一反应器的尺寸与图2a和图2b一致，几何特征描述在下表4中。
通过使用根据本发明的小型的第一反应器，第一反应区中以及其他区域2、3、4和5中的温度降受到限制。事实上，通过使用非常少量的催化剂更容易控制与第一反应相关联的非常高的吸热。
考虑到催化剂的活性是催化床中的平均温度的函数，通过限制反应器内部的温度降，芳族化合物的收率得到改善，如下表5中所示。
催化床中的这种温度升高对催化剂的活性有很大的影响。对于如下文所示的相同量的催化剂而言，芳烃产量的增加产生了1.2个百分点的RON改善。
实施例3举例说明了考虑到进料的严苛度的本发明的优点。
当其链烷烃含量增加时，进料变得更加严苛。
根据现有技术的方法，需要增加催化剂的量或反应器入口温度以维持重整产物的RON。
实施例3处理了如下表6中所述的进料，该进料比实施例1的进料严苛得多，因为它主要是链烷烃。
采用与表3和表4中描述的相同的操作条件，尽管进料中的链烷烃的量增加了13重量%，但是重整产物的RON仍保持在103.5，如下表7所示。“PNA”对应于链烷烃(P)、环烷烃(N)和芳烃(A)的百分数。
因此，将本发明的反应器放置在汽油催化重整单元的一系列反应器最前面意味着汽油馏分的处理可以扩展至高度链烷烃馏分，这在特点是严格限制汽油的芳烃含量的情况下是非常显著的改善。
Claims (12)
1.具有催化剂的倾斜重力流动并具有进料的横向流动的反应器，所述反应器包括基本上彼此平行的外锥形壁(1)和内锥形壁(2)，所述两个锥形壁相对于垂直方向倾斜角度α，圆锥的顶点可以指向顶部或指向底部，并且将催化剂经由一个或多个引入支管(8)引入分布区(4)中并经由一个或多个排出支管(9)从反应区(4)的出口收集，由外锥形壁(1)和内锥形壁(2)、引入支管(8)和排出支管(9)构成的组件被封装在包括上半球形部分(10)、中心圆柱形部分(11)和下半球形部分(12)的壳体(5)中，并且进料经由位于上半球形部分(10)的顶部的进入管(6)进入壳体(5)内部，并且反应流出物经由位于下半球形部分(12)的下部的下部管(7)排出。
2.根据权利要求1的倾斜重力流动反应器，其中将外锥形壁(1)和内锥形壁(2)隔开的距离为50-200mm，优选50-150mm。
3.根据权利要求1的倾斜重力流动反应器，其中反应区(3)的倾斜角度α为0°(不包括)-70°，优选10°-50°（所述角度α相对于垂直方向）。
4.根据权利要求1的倾斜重力流动反应器，其中高度与直径之比为1-30，优选1-10，更优选1-5，所述高度被定义为分布区(4)和倾斜催化区(3)的高度之和，并且所述直径被定义为分布区(4)的直径。
5.根据权利要求1的倾斜重力流动反应器，其中将所述两个锥形壁隔开的限定倾斜催化区(3)的厚度的距离在所述催化区的上部和下部之间变化不大于1cm。
6.根据权利要求1的倾斜重力流动反应器，其中催化剂分布区(4)是垂直的圆柱形区域，其高度H为200-1500mm，优选350-700mm。
7.使用根据权利要求1-6中一项的反应器将汽油型馏分催化重整的方法，其中：
•进料通过大致位于壳体(5)的上半球形部分的顶部的入口管(6)进入壳体(5)，
•进料通过倾斜催化区(3)，并且由催化反应产生的流出物被收集在大致位于壳体(5)的下半球形部分的中心的出口管(7)中，
•催化剂经由引入支管(8)进入垂直分布区(4)中，在重力下流过倾斜催化区(3)，然后经由一个或多个中心出口支管(9)排出。
8.根据权利要求7的将汽油型馏分催化重整的方法，其中HSV(进料的质量流量与催化剂的重量之比)大于50h-1，优选大于100h-1。
9.根据权利要求7或权利要求8的将汽油型馏分催化重整的方法，其中所述进料具有高达70重量%的链烷烃含量。
10.根据权利要求7或权利要求8的将汽油型馏分催化重整的方法，其中所述进料全部是链烷烃。
11.根据权利要求7的将汽油型馏分催化重整的方法，其中将根据权利要求1的反应器置于构成所述方法的一系列反应器最前面。
12.根据权利要求7的将汽油型馏分催化重整的方法，其中操作条件如下：
•每个反应器的入口温度为480℃-550℃，
•每个反应器的压力为0.9-0.5MPa(1MPa=106Pa)。
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