CN109195697A - 流体催化反应器系统的系统组件 - Google Patents

Abstract

根据本文中所公开的一个或多个实施例，一种流体催化反应器系统的系统组件可包含催化剂分离区段、立管和反应器容器。所述催化剂分离区段可包含限定所述催化剂分离区段的内部区域的分离区段壁、气体出口端、立管端、分离装置和催化剂出口端。所述立管可延伸通过所述催化剂分离区段的所述立管端且包含外部立管区段和内部立管区段。所述反应器容器可包含反应器容器入口端和与所述立管的所述外部立管区段流体连通的反应器容器出口端。

Description

流体催化反应器系统的系统组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月17日提交的美国临时申请62/351,591的优先权，其以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及用于化学处理的反应器单元，以及更具体地说，涉及流体催化反应器单元。

背景技术

通常，流体催化反应器系统可包含反应器单元和再生单元。反应器单元通过与催化剂接触而将原料化学品转化成产物化学品。在反应期间，催化剂可变得“用尽”且在此后的反应中的活动减少。因此，用过的催化剂可被传输到再生单元以再生，因此从其用过的状态提高其活动且使其可供用于进一步催化处理。在再生单元中再生之后，再生的催化剂被往回传输到反应器单元中以继续与原料化学品发生反应。

然而，由于置于系统中的催化剂的大的负载和反应发生的相对高温，流体催化反应器系统中可能会呈现出机械问题。举例来说，常规流体催化反应器系统可利用一种设计，其中主要反应器区段和再生区段各自的反应器和分离器与彼此直接接触，且反应器和分离器可容纳于整体结构内。举例来说，在常规实例中，反应器的顶壁可为分离器的底壁。然而，反应器中的强烈热条件可要求反应器与分离器的交点处的复杂设计。因此，用于流体催化裂化单元的改进的系统组件可能是有益的。

发明内容

本公开涉及用于催化反应器系统的系统组件的设计，所述系统组件例如流体催化反应器系统的反应器区段或再生区段。根据一个实施例，本发明所公开的流体催化反应器系统的组件中的每一个(例如反应器区段或再生区段)可包括单独反应器容器和催化剂分离区段。举例来说，反应器容器和催化剂分离区段可彼此间隔开且与立管连接。在这种设计中，可更好地控制系统中的尤其是可易于发生容器的机械故障的系统的敏感部分或系统在经受来自反应器区段的热量时的耐火部分处的热输送，所述敏感部分例如反应器区段和/或再生区段的催化剂出口端处。

通常，催化反应器系统可包含用于转化化学原料的主要反应器区段，在本文中有时被称为“反应器区段”，和用于再生催化剂的再生区段。主要反应器区段和再生区段中的每一个包含反应器容器和定位在催化剂分离区段中的分离装置，所述催化剂分离区段被利用来使催化剂与系统中存在的其它材料分离。举例来说，主要反应器区段大体上包含：反应器容器，在所述反应器容器中可发生例如催化裂化或脱氢等反应；和催化剂分离区段，其被利用来使用于裂化反应的用过的催化剂分离。类似地，再生区段包含：反应器容器(例如燃烧容器)，例如脱焦和/或补充燃料的用过的催化剂可在所述反应器容器中燃烧；和催化剂分离器，其被利用来使再生的催化剂与燃烧反应的处理气体分离。通常，相应反应器(例如，主要处理反应器和燃烧器)可定位在分离器以下，且立管可被利用来将催化剂从每个反应器向上移动到每个催化剂分离器。由于移动和反应的基本方案在反应器区段和再生段中可类似，因此其设计可类似，或至少并入类似设计原理，如本文中将公开。

根据本公开的一个实施例，流体催化反应器系统的系统组件，例如流体催化反应器系统的反应器区段或再生区段，可包括催化剂分离区段、立管和反应器容器。催化剂分离区段可包括限定催化剂分离区段的内部区域的分离区段壁、气体出口端、立管端、分离装置和催化剂出口端。立管可延伸通过催化剂分离区段的立管端。立管可包括主要内部立管壁区段、主要外部立管壁区段和立管过渡壁区段。主要内部立管壁区段可至少部分地定位在催化剂分离区段的内部区域中且所述催化剂分离区段至少与主要内部立管壁区段连接。外部立管壁区段可至少部分地定位在催化剂分离区段外部。反应器容器可包括反应器容器入口端和与立管的主要外部立管壁区段流体连通的反应器容器出口端。

根据本公开的另一实施例，流体催化反应器系统可包括反应器区段和再生区段。反应器区段可包括催化剂分离区段、立管和反应器容器。催化剂分离区段可包括限定催化剂分离区段的内部区域的分离区段壁、气体出口端、立管端、分离装置和催化剂出口端。立管可延伸通过催化剂分离区段的立管端。立管可包括主要内部立管壁区段、主要外部立管壁区段和立管过渡壁区段。主要内部立管壁区段可至少部分地定位在催化剂分离区段的内部区域中且所述催化剂分离区段至少与主要内部立管壁区段连接。外部立管壁区段可至少部分地定位在催化剂分离区段外部。反应器容器可包括反应器容器入口端和与立管的主要外部立管壁区段流体连通的反应器容器出口端。

根据本公开的另一实施例，流体催化反应器系统可包括反应器区段和再生区段。再生区段可包括催化剂分离区段、立管和反应器容器。催化剂分离区段可包括限定催化剂分离区段的内部区域的分离区段壁、气体出口端、立管端、分离装置和催化剂出口端。立管可延伸通过催化剂分离区段的立管端。立管可包括主要内部立管壁区段、主要外部立管壁区段和立管过渡壁区段。主要内部立管壁区段可至少部分地定位在催化剂分离区段的内部区域中且所述催化剂分离区段至少与主要内部立管壁区段连接。外部立管壁区段可至少部分地定位在催化剂分离区段外部。反应器容器可包括反应器容器入口端和与立管的主要外部立管壁区段流体连通的反应器容器出口端。

应理解，所述技术的本发明实施例的前述简要概述和以下详细描述旨在提供综述或框架用于理解如所要求的技术的本质和特征。包含附图以提供对技术的进一步理解，且所述附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。图式说明各种实施例，且连同描述一起用以解释技术的原理和操作。另外，图式和描述意指仅为说明性的，且并不旨在以任何方式限制权利要求书的范围。

本文中所公开的技术的额外特征和优点将在下文具体实施方式中阐述，且将部分地由所属领域的技术人员从所述描述而容易地了解或通过实践如本文中所描述的技术(包含下文详细描述、权利要求书以及附图)而认识到。

附图说明

以下对本公开的具体实施例的详细描述在结合以下图式阅读时可最佳地理解，在图式中用类似的附图标记指示类似的结构且在图式中：

图1示意性地描绘根据本文中所公开的一个或多个实施例的流体催化反应器系统；

图2示意性地描绘根据本文中所公开的一个或多个实施例的流体催化反应器系统的反应器区段的一部分的截面视图；

图3示意性地描绘根据本文中所公开的一个或多个实施例的流体催化反应器系统的反应器区段的在内部立管区段与外部立管区段的连接点处的一部分的截面视图；

图4A示意性地描绘根据本文中所公开的一个或多个实施例的流体催化反应器系统的反应器区段的在内部立管区段与外部立管区段的连接点处的一部分的实施例的简化截面视图；

图4B示意性地描绘根据本文中所公开的一个或多个实施例的流体催化反应器系统的反应器区段的在内部立管区段与外部立管区段的连接点处的一部分的另一实施例的简化截面视图；

图4C示意性地描绘根据本文中所公开的一个或多个实施例的流体催化反应器系统的反应器区段在内部立管区段与外部立管区段的连接点处的一部分的另一实施例的简化截面视图；

图5示意性地描绘根据本文中所公开的一个或多个实施例的再生区段流体催化反应器系统的部分的截面视图。

应理解，图式在本质上是示意性的，且不包含所属领域中通常采用的流体催化反应器系统的一些组件，例如但不限于温度变送器、压力变送器、流量计、泵、阀门等。将已知这些组件在所公开的本发明的实施例的精神和范围内。然而，可在本公开中所描述的实施例中增加操作组件，如本公开中所描述的那些组件。

现在将更详细地参考各种实施例，其中一些实施例在附图中说明。只要可能，贯穿图式，相同的附图标记将用于指代相同或类似的零件。

具体实施方式

现在将更详细地参考流体催化反应器系统的系统组件的各种实施例，其中一些实施例在附图中说明。现在参考图1，示意性地描绘流体催化反应器系统100。流体催化反应器系统100大体上包括多个系统组件，例如反应器区段200和/或再生区段300。如本文中所使用，“反应器区段”大体上指代流体催化反应器系统的其中发生主要处理反应且催化剂(有时被用过，意味着其至少部分地失活)与反应的产物流分离的部分。而且，如本文中所使用，“再生区段”大体上指代流体催化反应器系统的其中例如通过燃烧再生催化剂且再生的催化剂与其它处理材料分离的部分，所述其它处理材料例如从先前在失活的催化剂上的燃烧材料或从补充燃料析出的气体。反应器区段200大体上包含反应器容器250、包含外部立管区段232和内部立管区段234的立管230以及催化剂分离区段210。再生区段300大体上包含反应器容器350、包含外部立管区段332和内部立管区段334的立管330以及催化剂分离区段310。通常，催化剂分离区段210可与反应器容器350流体连通(例如，经由竖管126)且催化剂分离区段310可与反应器容器250流体连通(例如，经由竖管124和输送立管130)。

如本文中所使用，“外部立管区段”指代立管在催化剂分离区段外部的部分，且“内部立管区段”指代立管在催化剂分离区段内的部分。

举例来说，反应器区段200的内部立管区段234可定位在催化剂分离区段210内，而外部立管区段232定位在催化剂分离区段210外部。类似地，再生区段300的内部立管区段334可定位在催化剂分离区段310内，而外部立管区段332定位在催化剂分离区段310外部。

根据本文中所描述的一个或多个实施例，反应器区段200的立管230的外部立管区段232和/或再生区段300的立管330的外部立管区段332的长度可大于其最大直径。也就是说，对于反应器区段200的立管230的外部立管区段232，立管端218与反应器容器出口端254之间的距离(即，在图1中在竖直方向上所测量)可大于外部立管区段232的最大直径，其中“最大直径”指代外部立管区段232的任何部分中的最大直径(即，在图1中在水平方向上所测量)。类似地，对于再生区段300的立管330的外部立管区段332，立管端318与反应器容器出口端354之间的距离(即，在图1中在竖直方向上所测量)可大于外部立管区段332的最大直径，其中“最大直径”指代外部立管区段332的任何部分中的最大直径(即，在图1中在水平方向上所测量)。外部立管区段232和/或外部立管区段332的直径可基本恒定(即，变化不超过约10％)，且可为管状形状。

通常，可通过以下方式操作流体催化反应器系统100：将化学品馈料和流化催化剂馈送到反应器容器250中，和通过使馈送的化学品与流化催化剂接触而使所述化学品反应以在反应器区段200的反应器容器250中产生化学品产物。化学品产物和催化剂可被从反应器容器250中传递出去且通过立管230到达催化剂分离区段210中的分离装置220，在所述分离装置220中催化剂与化学品产物分离，所述化学品产物被从催化剂分离区段210中输送出去。分离的催化剂被从催化剂分离区段210传递到反应器容器350。在反应器容器350中，催化剂可通过例如燃烧等化学处理再生。举例来说但非限制地，用过的催化剂可脱焦和/或补充燃料可以催化方式燃烧。催化剂接着被从反应器容器350中传递出去且通过立管330到达立管终端分离器378，在所述立管终端分离器378中来自立管330的气体和固体组分被部分地分离。蒸气和剩余固体被输送到催化剂分离区段310中的二级分离装置320，在所述催化剂分离区段310中剩余催化剂与来自再生反应的气体(例如，通过燃烧用过的催化剂发出的气体)分离。分离的催化剂接着被从催化剂分离区段310传递到反应器容器250，在所述反应器容器250中分离的催化剂被进一步用于催化反应。因此，在操作中，催化剂可在反应器区段200与再生区段300之间循环。一般来说，包含馈料流和产物流的经处理化学品流可为气态，且催化剂可为流化颗粒固体。

应理解，如本文中所使用，“系统组件”可指代流体催化反应器系统100中的反应器区段200或再生区段300中的任一个，且应理解，在一些实施例中，流体催化反应器系统100可包含反应器区段200或再生区段300中的任一个，或两者均不包含。在其它实施例中，流体催化反应器系统100可包含单个再生区段300和与再生区段300流体连通的多个反应器区段200。另外，如本文中所描述，在一些方面中，反应器区段200和再生区段300的结构特征可类似或相同。举例来说，反应器区段200和再生区段300中的每一个包含反应器容器(即，反应器区段200的反应器容器250和再生区段300的反应器容器350)、立管(即，反应器区段200的立管230和再生区段300的立管330)和催化剂分离区段(即，反应器区段200的催化剂分离区段210和再生区段300的催化剂分离区段310)。应了解，由于在一些方面中反应器区段200和再生区段300的结构特征中的许多可类似或相同，因此已经贯穿本公开向反应器区段200和再生区段300的类似或相同部分提供具有相同最后两个数位的附图标记，且与反应器区段200的一个部分有关的公开内容可适用于再生区段300的类似或相同部分，且反之亦然。

如图1中所描绘，反应器容器250可包含限定输送立管130与反应器容器250的连接的反应器容器催化剂入口端252，且可另外包含与立管230的外部立管区段232流体连通(例如直接连接到立管230的外部立管区段232)的反应器容器出口端254。如本文中所使用，“反应器容器”指代鼓、筒、桶或适合于给定化学反应的其它容器。反应器容器可大体上为圆柱形形状(即，具有基本圆形直径)，或可替代地为非圆柱形形状，例如棱柱形状，所述棱柱形状的横截面形状为三角形、矩形、五边形、六边形、八边形、椭圆形或者其它多边形或弯曲闭合形状，或其组合。如贯穿本公开所使用，反应器容器可大体上包含金属框架，且可另外包含耐火衬里或用于保护金属框架和/或控制处理状况的其它材料。

如所描述，反应器容器250可包含反应器容器催化剂入口端252和反应器容器出口端254。通常，本文中所描述的流体催化反应器系统100的任何系统单元的“入口端”和“出口端”指代系统单元中的开口、孔、通道、开孔、间隙或其它相似机械特征。举例来说，入口端允许材料进入特定系统单元且出口端允许材料从特定系统单元离开。通常，出口端或入口端将限定流体催化反应器系统100的系统单元的管、导管、管子、软管、输送线或相似机械特征附接到的区域，或者系统单元的另一系统单元直接附接到的一部分。虽然入口端和出口端在本文中有时可被描述为功能性地操作，但其可具有类似或相同物理特性，且其在可操作系统中的相应功能不应被解释为限制其物理结构。例如立管端218等其它端可包括给定系统单元中的开口，其中其它系统单元直接附接，例如其中立管230在立管端218处延伸到催化剂分离区段210中。

反应器容器250可连接到输送立管130，所述输送立管在操作中可将再生的催化剂和/或反应物化学品提供到反应器区段200。再生的催化剂和/或反应物化学品可与容纳在反应器容器250中的分配器260混合。经由输送立管130进入反应器容器250的催化剂可通过竖管124传递到输送立管130，因此从再生区段300到达。在一些实施例中，催化剂可经由竖管122直接来自催化剂分离区段210且进入输送立管130，催化剂在所述输送立管130中进入反应器容器250。此催化剂可稍微失活，但在一些实施例中仍可适合于在反应器容器250中反应。

如图1中所描绘，反应器容器250可直接连接到立管230的外部立管区段232。在一个实施例中，反应器容器250可包含反应器容器主体区段256和反应器容器过渡区段258。反应器容器主体区段256可大体上包括比反应器容器过渡区段258更大的直径，且反应器容器过渡区段258可从反应器容器主体区段256的直径的大小渐缩到外部立管区段232的直径的大小，使得反应器容器过渡区段258从反应器容器主体区段256向内突出到外部立管区段232。应理解，如本文中所使用，系统单元的一部分的直径指代其一般宽度，如图1中的水平方向上所示出。

如本文中所描述，立管230包含外部立管区段232和容纳于催化剂分离区段210内的内部立管区段234。仍参考图1，催化剂分离区段210包含限定催化剂分离区段210的内部区域214的分离区段壁212。立管230通过立管端218延伸到催化剂分离区段210的内部区域214中。立管端218可为催化剂分离区段210中的任何开口，立管230的至少内部立管区段234通过所述开口伸出到催化剂分离区段210的内部区域214中。

在本文中所描述的实施例中，反应器容器过渡区段258可在催化剂分离区段外部。在一些常规反应器和再生单元中，反应器的类似于反应器容器过渡区段258的部分还可为分离区段的底部部分。因此，在常规装备中，来自反应器的热量可传导通过过渡区段且直接进入分离区段。反应器和/或分离器的材料的不稳定性可能是由于特别是在竖管的附接点处或附近的这些高热负载所致。

在一个或多个实施例中，催化剂分离区段210可包含若干区段。举例来说，如图1中所描绘，催化剂分离区段210可包含上部区段276、中间区段278和下部区段272。立管324的内部立管区段234可延伸通过催化剂分离区段210的立管端218且通过下部区段272、中间区段278且进入上部区段276。通常，内部立管区段234的至少大部分可具有基本恒定直径，且直径可类似于外部立管区段232(相对于系统中的其它单元，例如在彼此的10％内)，但直径稍微小于外部立管区段的大部分。在催化剂分离区段210的上部区段276处，内部立管区段234可与分离装置220流体连通。分离装置220可为任何机械或化学分离装置，其能够用以使固体颗粒与气相或液相分离，所述分离装置220例如一个或多个旋流器。

根据一个或多个实施例，分离装置220可为旋流分离系统，所述旋流分离系统可包含两个或多于两个旋流分离阶段。在分离装置220包括多于一个旋流分离阶段的实施例中，流化流进入的第一分离装置被称为初级旋流分离装置。来自初级旋流分离装置的流化流出物可进入二级旋流分离装置以用于进一步分离。初级旋流分离装置可包含例如初级旋流器和可以名称VSS(可购自UOP)、LD₂(可购自Stone和Webster)和RS₂(可购自Stone和Webster)商购的系统。初级旋流器例如在第4,579,716；5,190,650和5,275,641号美国专利中有描述，其各自以全文引用的方式并入本文中。在利用初级旋流器作为初级旋流分离装置的一些分离系统中，采用一组或多组额外旋流器，例如二级旋流器和三级旋流器，以用于使催化剂与产物气体进一步分离。应理解，在本发明的实施例中可使用任何初级旋流分离装置。

催化剂可向上移动通过立管230(从反应器容器250)且进入分离装置220。分离装置220能够用以将分离的催化剂沉积到上部区段276的底部中或者中间区段278或下部区段272中。分离的蒸气可经由催化剂分离区段210的气体出口端216处的管120从流体催化反应器系统100移除。

如图1中所描绘，在一个或多个实施例中，催化剂分离区段210的上部区段276的直径可大于中间区段278，且下部区段272的最大直径可大于中间区段278。催化剂分离区段210的上部区段276可经由过渡区段274连接到中间区段278，所述过渡区段274从上部区段276向内突出到中间区段278。上部区段276和/或中间区段278可分别具有相对恒定的直径(即，在特定区段中直径变化不超过约20％)。中间区段278处的分离区段壁212和内部立管区段234可限定容纳汽提器224的共轴通道。汽提器224可用于在将产物蒸气发送到再生区段300以用于再生之前从催化剂移除产物蒸气。由于被输送到再生区段300的产物蒸气将燃烧，因此合乎希望的是用汽提器224移除那些产物蒸气，且所述汽提器224利用比产物气体更廉价的气体用于燃烧。

在分离装置220中与蒸气分离之后，催化剂可大体上移动通过中间区段278中的汽提器224且进入下部区段272。下部区段272可包含催化剂出口端222，催化剂经由竖管126在所述催化剂出口端222中从反应器区段200传输出去且进入再生区段300。任选地，催化剂还可经由竖管122直接往回传输到反应器容器250中。替代地，催化剂可与输送立管130中的再生的催化剂预混合。

现在参考图2，描绘了围绕催化剂分离区段210的下部区段272的区域的详细视图。除其它特征外，图2描绘主要内部立管壁区段280、主要外部立管壁区段288以及系统的各种耐火材料和其它壁区段。通常，主要内部立管壁区段280和主要外墙区段可为管状且彼此基本平行(即，彼此形成小于15°的角度)。主要内部立管壁区段280可经由立管过渡壁区段236连接到主要外部立管壁区段288。

在一些实施例中，催化剂分离区段210的下部区段272的最大直径可大于催化剂分离区段210的中间区段278。举例来说，催化剂分离区段210的下部区段272可从催化剂分离区段210的中间区段278向外伸出，所述下部区段272呈灯泡状形状。下部区段272的底部区段有时可被称为“半球形”形状。此变宽可容纳平截头体284，催化剂传递通过所述平截头体284且通过催化剂出口端222进入竖管126。由此，催化剂可行进通过的通道(即，内部立管区段234与分离区段壁212之间的空间)变宽。举例来说，催化剂分离区段210的中间区段278处的分离区段壁212与内部立管区段234之间的距离可小于催化剂分离区段210的下部区段272处的分离区段壁212与内部立管区段234之间的距离。不受理论束缚，据信通道的变宽(例如通过提供灯泡形状的下部区段272)可能是有益的，原因是流中的气泡向下移动的速度可减小，这可允许其在引入到竖管126之前从流动的固体脱离，从而允许催化剂顺利地传递通过催化剂出口端222且从反应器区段200出去。举例来说，本发明所公开的设计可减轻在汽提器224中形成高催化剂速度的局部区域的风险，所述风险由于气泡向下加速且接着恰好在进入竖管126之前不会脱离而可能会导致操作性问题。另外，本设计可减少气泡夹带到竖管122中，所述气泡夹带到竖管122中可能会不利地影响压力积累。

根据另一实施例，催化剂分离区段210的灯泡状形状的下部区段272可提供增强的机械支撑，因为其可允许更宽的接合纽带240。如本文中所使用，“接合纽带”指代通常定位在催化剂分离区段210的轴向中心处或附近的立管端218与更接近催化剂分离区段210的侧面定位的一个或多个催化剂出口端222之间的距离。一般来说，接合纽带240的距离越大，下部区段272可更具机械稳定性。此外，在各种实施例中，应理解，预期任何弯曲形状作为催化剂分离区段210的下部区段272的合适形状，原因是所述下部区段272可提供更宽的接合纽带240。

现在参考图2和3，根据一个或多个实施例，立管230可包括主要内部立管壁区段280、立管过渡壁区段236和主要外部立管壁区段288。通常，主要外部立管壁区段288的大部分(例如，至少90％)可在催化剂分离区段210外部(即，外部立管区段232的零件)，且主要内部立管壁区段280的大部分(例如，至少90％)可在催化剂分离区段210内(即，内部立管区段234的零件)。主要外部立管壁区段288可具有相对恒定的直径(例如，变化不超过约10％)且主要内部立管壁区段280可具有相对恒定的直径(例如，变化不超过约10％)。

立管过渡壁区段236可直接地或经由催化剂分离区段210的下部区段272使主要内部立管壁区段280与主要外部立管壁区段288连接。如图3中所描绘，立管过渡壁区段236可在附接点242处附接到主要内部立管壁区段280且在附接点248处附接到主要外部立管壁区段288。立管过渡壁区段236可从外部立管区段232的主要外部立管壁区段288向内突出到内部立管区段234的主要内部立管壁区段280。

如本文中所描述，例如反应容器壁、分离区段壁或立管壁等系统单元的部分可包括金属材料，例如碳或不锈钢。另外，各种系统单元的壁可具有与相同系统单元的其它部分附接或附接到另一系统单元的部分。有时，连接点或连接在本文中被称为“附接点”且可并入任何已知的结合介质，例如但不限于焊接件、粘合剂、焊料等。应理解，系统的组件可在例如焊接件等附接点处“直接连接”。

仍参考图3，内部立管唇缘区段294可连接到主要内部立管壁区段280、立管过渡壁区段236或连接到两者。内部立管唇缘区段294可大体上安置在大体上平行于主要内部立管壁区段280和主要外部立管壁区段288中的一个或多个的方向上。如图3中所示出，在一些实施例中，主要外部立管壁区段288可同轴地包围内部立管唇缘区段294的至少一部分。举例来说，主要外部立管壁区段288可沿着在立管过渡壁区段236处或附近的外部立管区段232的长度同轴地包围内部立管唇缘区段294。

根据一些实施例，内部立管唇缘区段294可约与主要内部立管壁区段280对准，且立管过渡壁区段236与主要内部立管壁区段280和/或内部立管唇缘区段294之间可形成约25度(例如约20度到约30度，或约15度到约35度)的角度。

仍参考图2和3，耐火材料可包含在立管230以及催化剂分离区段210中。应理解，虽然提供具体耐火材料布置和材料的实施例，但其不应被视为关于所公开的系统的物理结构具有限制性。举例来说，耐火衬里282可附接到内部立管区段234内的主要内部立管壁区段280和内部立管唇缘区段294的抗腐蚀或热衬里且充当用于主要内部立管壁区段280和内部立管唇缘区段294的抗腐蚀或热衬里。耐火衬里282可在立管230中延伸到催化剂分离区段210的中间区段278和上部区段276中。耐火衬里282可在内部立管唇缘区段294的底部处或附近终止。耐火的衬里282可包含六边形网格或其它合适的耐火材料。耐火衬里298可附接到立管过渡壁区段236和主要内部立管壁区段280且充当用于立管过渡壁区段236和主要内部立管壁区段280的热衬里。举例来说，耐火衬里298可从接合纽带240处的分离区段壁212延伸到内部立管区段234的外表面上的催化剂分离区段210的中间区段278。在某些实施例中，耐火衬里298可为陶瓷纤维毯或耐火材料，或两者的组合。

在额外实施例中，催化剂分离区段210的下部区段272中的分离区段壁212可包含至少部分地涂覆其内表面的耐火衬里286。耐火材料290可邻近于平截头体284定位。另外，耐火材料296可定位在主要外部立管壁区段288与内部立管唇缘区段294之间，与立管过渡壁区段236接触。耐火材料292可定位在主要外部立管壁区段288与主要内部立管壁区段280之间，且可悬挂在内部立管唇缘区段294上方且延伸超过内部立管唇缘区段294。耐火材料292可在其本身与主要内部立管壁区段280和耐火衬里282之间限定空隙空间的间隙251。在实施例中，耐火材料292可延伸到外部立管区段230中，从而涂覆外部立管区段230的壁。

如图3中所描绘，主要内部立管壁区段280可连接到立管过渡壁区段236，且立管过渡壁区段236可连接到主要外部立管壁区段288。在图3的实施例中，催化剂分离区段210的下部区段272在附接点244处附接到主要外部立管壁区段288。然而，例如图4A到4C中所描绘的那些实施例等其它实施例可为主要内部立管壁区段280、立管过渡壁区段236与主要外部立管壁区段288之间的连接的合适的布置。应理解，已经简化了图4A到4C以仅说明主要内部立管壁区段280、立管过渡壁区段236、主要外部立管壁区段288和催化剂分离区段210的下部区段272。因此，应理解，图4A到4C的实施例可另外包含图4A到4C中未描绘的各种耐火材料和其它组件，例如内部立管唇缘区段294。

参考图4A到4C，根据各种实施例，催化剂分离区段210的下部区段272可附接到立管过渡壁区段236、主要外部立管壁区段288或附接到两者。举例来说，参考图4A，催化剂分离区段210的下部区段272可与主要外部立管壁区段288直接连接，且主要外部立管壁区段288可与立管过渡壁区段236直接连接，所述立管过渡壁区段236还与主要内部立管壁区段280直接连接。下部区段272与主要外部立管壁区段288的直接连接的区域和立管过渡壁区段236与主要外部立管壁区段288的直接连接的区域之间的距离可为约1到5英寸，例如1到2英寸。在这种实施例中，主要外部立管壁区段288的一部分在催化剂分离区段210内且主要外部立管壁区段288的一部分定位在催化剂分离区段210内。然而，主要外部立管壁区段288的大部分在催化剂分离区段210外部。

根据图4B中所描绘的实施例，下部区段272可与立管过渡壁区段236和主要外部立管壁区段288直接连接。在这种实施例中，立管过渡壁区段236可经由下部区段272与主要外部立管壁区段288间接连接。在这种实施例中，立管过渡壁区段236整体在催化剂分离区段210内。

根据图4C中所描绘的实施例，主要内部立管壁区段280与立管过渡壁区段236直接连接，所述立管过渡壁区段236与主要外部立管壁区段288直接连接。下部区段272在立管过渡壁区段236与主要外部立管壁区段288之间的连接点和立管过渡壁区段236与主要内部立管壁区段280之间的连接点之间与立管过渡壁区段236直接连接。在这种实施例中，立管过渡壁区段236的一部分在催化剂分离区段210内，且立管过渡壁区段236的一部分在催化剂分离区段210外部。

根据实施例，立管过渡壁区段236的长度可小于或等于内部立管区段234的最大直径的约50％(例如小于或等于约40％、小于或等于约30％、小于或等于约20％、小于或等于约15％、小于或等于约10％、小于或等于约5％)。立管过渡壁区段236的相对小的长度可容纳主要内部立管壁区段280和主要外部立管壁区段288，所述主要内部立管壁区段280和主要外部立管壁区段288的最大直径在彼此的25％、20％、15％、10％或甚至5％内。举例来说，主要内部立管壁区段280的最大直径可为主要外部立管壁区段288的最大直径的至少75％、80％、85％、90％或甚至95％。

从催化剂和反应器区段200的其它零件的重量施加到反应器容器250上的机械负载可能很高，且弹簧可用于对反应器容器250向上施加压力。举例来说，反应器容器250可悬挂在弹簧上，或弹簧可定位在反应器容器250以下以支撑其重量。举例来说，图1弹簧支撑件188在反应器容器250处以机械方式附接到反应器区段200，其中反应器区段200通过弹簧支撑件188悬挂在支撑结构上。

在催化剂分离区段210中分离之后，用过的催化剂被传输到再生区段300。如本文中所描述，再生区段300可与反应器区段200享有许多结构类似性。由此，对再生区段300的部分指定的附图标记类似于参考反应器区段200使用的那些，其中如果附图标记的最终两个数位相同，那么反应器区段200和再生区段300的给定部分可起到类似功能且具有类似物理结构。因此，本公开与反应器区段200有关的许多内容可同等地应用到再生区段300，且下文将突出显示反应器区段200与再生区段300之间的区别。

现在参考再生区段300，如图1中所描绘，再生区段300的反应器容器350(例如燃烧器)可包含一个或多个反应器容器入口端352和与立管330的外部立管区段332流体连通(例如直接连接到立管330的外部立管区段332)的反应器容器出口端354。反应器容器350可经由竖管126与催化剂分离区段210流体连通，所述竖管126可将用过的催化剂从反应器区段200供应到再生区段300以用于再生。反应器容器350可包含额外反应器容器入口端352，其中空气入口128连接到反应器容器350。空气入口128可供应反应气体，所述反应气体可与用过的催化剂反应以至少部分地再生催化剂。举例来说，催化剂可在反应器容器250中反应之后焦化，且焦炭可通过燃烧反应从催化剂移除(即，再生催化剂)。举例来说，氧气(例如空气)可经由空气入口128被馈送到反应器容器350中。

如图1中所描绘，反应器容器350可直接连接到立管330的外部立管区段332。在一个实施例中，反应器容器350可包含反应器容器主体区段356和反应器容器过渡区段358。反应器容器主体区段356可大体上包括比反应器容器过渡区段358更大的直径，且反应器容器过渡区段358可从反应器容器主体区段356的直径的大小逐渐减小到外部立管区段332的直径的大小，使得反应器容器过渡区段358从反应器容器主体区段356向内突出到外部立管区段332。

仍参考图1，催化剂分离区段310包含限定催化剂分离区段310的内部区域314的分离区段壁312。立管330经由立管端318延伸到再生区段300的内部区域314中。立管端318可为催化剂分离区段310中的任何开口，立管330的至少内部立管区段334通过所述开口伸出到催化剂分离区段310的内部区域314中。

类似于反应器区段200，再生区段300的常规实例可并入单元反应器/分离器设计，其中反应器和分离器通过壁分离。在催化剂分离区段与反应器容器之间利用外部立管可允许对催化剂分离区段310进行更好的热控制，原因是催化剂分离区段310不直接连接到发热反应器容器350。

在一个或多个实施例中，催化剂分离区段310可包含若干区段。举例来说，如图1中所描绘，催化剂分离区段310可包含上部区段376和下部区段372。内部立管区段334可延伸通过催化剂分离区段310的立管端318且通过下部区段372且进入上部区段376。在上部区段376处，内部立管区段334可与立管终端分离器流体连通。流体流接着可传递到二级分离装置320，所述二级分离装置320可为能够用以使固体颗粒与气相分离的任何机械分离装置，所述气相例如一个或多个旋流器，如多个串联的旋流器。二级分离装置320能够用以将分离的催化剂沉积到上部区段376的底部中或沉积到下部区段372中。下部区段372可包含催化剂出口端322。

现在参考图1和5，在一个实施例中，催化剂分离区段310的下部区段372可包含在立管端318处或附近的椭圆形形状。举例来说，如图1和5中所描绘，下部区段372可包含圆柱形几何形状，其中在圆柱形底部具有椭圆形。椭圆形形状可促使接合纽带340的长度增加。其它弯曲形状也可为合适的，例如参考反应器区段200所公开的灯泡形状。同样地，椭圆形形状的下部区段372可适合于反应器区段200。

应理解，再生区段300可包含立管过渡侧壁336，所述立管过渡侧壁336类似于关于反应器区段所描述的立管过渡壁区段236。举例来说，图3A到3C中所描绘的实施例可适用于再生区段的立管330。另外，弹簧支撑件188可用于支撑对反应器容器350施加的机械负载。

本文中所描述的系统可用作用于各种流化催化剂反应的处理设备。举例来说，碳氢化合物以及其它化学原料可通过使用流化床反应器被转化成所需产物。流化床反应器在工业中起到许多目的，包含链烷烃和/或烷基芳香烃脱氢，碳氢化合物裂化(即，流体催化裂化)、烯烃氯化、萘氧化成邻苯二甲酸酐、从丙二醇、氨和氧气产生丙烯腈、费舍尔-托普希合成以及乙烯聚合。

出于描述和限定本发明的目的，应注意，本文中利用术语“约”和“大约”来表示归因于任何定量比较、值、测量值或其它表示形式可能具有的不确定程度。术语在本文中还被利用来表示在不导致在所关注的主题的基本功能变化的情况下，定量表示可从规定的参考变化的程度。

应注意，以下权利要求书中的一项或多项利用术语“其中”作为过渡短语。出于限定本发明的目的，应注意，此术语在权利要求书中引入为开放的过渡短语，其用于引入结构的一系列特性的叙述且应以与更多常用开放的前导术语“包括”相同的方式解释。

还应注意，本文中的叙述指代本发明的组件“以特定方式”配置。就此而言，这种组件“配置”成体现特定性质，或以特定方式起作用，其中此类叙述为与既定用途的叙述相反的结构叙述。更具体地说，本文中提到其中组件为“配置”的方式表示组件的现有物理条件，且因此将被视为限定组件的结构特性的叙述。

所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可对本发明进行各种修改和变化。因为所属领域的技术人员可进行并入本发明的精神和实质的所公开的实施例的修改组合、子组合和变化，所以本发明应被解释为包含在所附权利要求书及其等效物的范围内的所有事物。

Claims (20)

1.一种流体催化反应器系统的系统组件，所述系统组件包括：

催化剂分离区段，其包括限定所述催化剂分离区段的内部区域的分离区段壁、气体出口端、立管端、分离装置和催化剂出口端；

立管，其延伸通过所述催化剂分离区段的所述立管端，所述立管包括主要内部立管壁区段、主要外部立管壁区段和立管过渡壁区段，所述主要内部立管壁区段至少部分地定位在所述催化剂分离区段的所述内部区域中且至少与所述主要内部立管壁区段连接，且所述外部立管壁区段至少部分地定位在所述催化剂分离区段外部；和

反应器容器，其包括反应器容器入口端和与所述主要外部立管壁区段流体连通的反应器容器出口端。

2.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述主要内部立管壁区段和所述主要外部立管壁区段基本平行，且所述主要内部立管壁区段的最大直径小于所述主要外部立管壁区段的最大直径。

3.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述主要外部立管壁区段的大部分在所述催化剂分离区段外部，且所述主要内部立管壁区段的大部分在所述催化剂分离区段的所述内部区域中。

4.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述立管过渡壁区段从所述主要内部立管壁区段向外突出且连接到所述主要外部立管壁区段或所述催化剂分离区段中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述立管过渡壁区段定位在所述催化剂分离区段的所述内部区域中。

6.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述立管过渡壁区段的长度小于或等于所述主要内部立管壁区段的最大直径的约50％。

7.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述反应器容器包括反应器容器主体区段和反应器容器过渡区段，所述反应器容器过渡区段与所述主要外部立管壁区段和所述反应器容器主体区段接触，使得所述反应器容器过渡区段从所述反应器容器主体区段向内突出到所述主要外部立管壁区段。

8.根据权利要求7所述的系统组件，其中所述反应器容器过渡区段在所述催化剂分离区段外部。

9.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述系统组件是所述流体催化反应器系统的反应器区段。

10.根据权利要求9所述的系统组件，其中所述催化剂分离区段包括下部区段，所述下部区段包括所述催化剂出口端和所述立管端，所述下部区段包括灯泡状形状。

11.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述系统组件是所述流体催化反应器系统的再生区段。

12.根据权利要求11所述的系统组件，其中所述催化剂分离区段包括下部区段，所述下部区段包括所述催化剂出口端和所述立管端，所述下部区段包括椭圆形形状。

13.根据权利要求1所述的系统组件，其中所述反应器容器由弹簧支撑件支撑。

14.一种流体催化反应器系统，其包括反应器区段和再生区段，所述反应器区段包括：

催化剂分离区段，其包括限定所述催化剂分离区段的内部区域的分离区段壁、气体出口端、立管端、分离装置和催化剂出口端；

立管，其延伸通过所述催化剂分离区段的所述立管端，所述立管包括主要内部立管壁区段、主要外部立管壁区段和立管过渡壁区段，所述主要内部立管壁区段至少部分地定位在所述催化剂分离区段的所述内部区域中且至少与所述主要内部立管壁区段连接，且所述外部立管壁区段至少部分地定位在所述催化剂分离区段外部；和

反应器容器，其包括反应器容器入口端和与所述主要外部立管壁区段流体连通的反应器容器出口端。

15.根据权利要求14所述的系统组件，其中所述主要内部立管壁区段和所述主要外部立管壁区段基本平行，且所述主要内部立管壁区段的最大直径小于所述主要外部立管壁区段的最大直径。

16.根据权利要求14所述的系统组件，其中所述主要外部立管壁区段的大部分在所述催化剂分离区段外部，且所述主要内部立管壁区段的大部分在所述催化剂分离区段的所述内部区域中。

17.根据权利要求14所述的流体催化反应器系统，其中所述反应器容器包括反应器容器主体区段和反应器容器过渡区段，所述反应器容器过渡区段与所述外部立管区段和所述反应器容器主体区段接触，使得所述反应器容器过渡区段从所述反应器容器主体区段向内突出到所述外部立管区段。

18.一种流体催化反应器系统，其包括反应器区段和再生区段，所述再生区段包括：

催化剂分离区段，其包括限定所述催化剂分离区段的内部区域的分离区段壁、气体出口端、立管端、分离装置和催化剂出口端；

立管，其延伸通过所述催化剂分离区段的所述立管端，所述立管包括主要内部立管壁区段、主要外部立管壁区段和立管过渡壁区段，所述主要内部立管壁区段至少部分地定位在所述催化剂分离区段的所述内部区域中且至少与所述主要内部立管壁区段连接，且所述外部立管壁区段至少部分地定位在所述催化剂分离区段外部；和

反应器容器，其包括反应器容器入口端和与所述主要外部立管壁区段流体连通的反应器容器出口端。

19.根据权利要求18所述的流体催化反应器系统，其中所述催化剂分离区段包括下部区段，所述下部区段包括所述催化剂出口端和所述立管端，所述下部区段包括椭圆形形状。

20.根据权利要求18所述的系统组件，其中所述主要内部立管壁区段和所述主要外部立管壁区段基本平行，且所述主要内部立管壁区段的最大直径小于所述主要外部立管壁区段的最大直径。