CN110099741B - 包含导流器的流化催化反应器 - Google Patents

Abstract

根据一个或多个实施方案，流化催化反应器可包括提升管、下部反应器部分、过渡部分和导流器。提升管可包括横截面面积，以及下部反应器部分可包括横截面面积。过渡部分可以将提升管附接到下部反应器部分。提升管的横截面面积可小于下部反应器部分的横截面面积，使得过渡部分从下部反应器部分到提升管向内逐渐变细。导流器可以至少定位在过渡部分的内部区域内。导流器可包括主体，该主体影响从下部反应器部分移动到提升管的流体的速度分布。

Description

包含导流器的流化催化反应器

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月2日提交的美国临时申请62/416,553的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

技术领域

本公开总体涉及用于化学处理的反应器单元，更具体地，涉及用于流化催化反应的反应器。

技术背景

流化催化反应，例如流化催化裂化(FCC)反应，可以在流化催化反应器系统中进行。通常，流化催化反应器系统可包括流化催化反应器和再生单元。流化催化反应器可通过与流化颗粒催化剂接触将原料化学品转化为产物化学品。在反应过程中，催化剂可能变成至少部分失活或“废的”，并且其后的反应活性降低。因此，废催化剂可以转移到再生单元中进行再生，从而从其废状态增加其活性并使其可用于进一步的催化反应。在再生单元中再生之后，再生的催化剂被转移回流化催化反应器中，用于与原料化学品继续反应。

有时可能需要按比例放大流化催化反应器系统的至少一部分，例如流化催化反应器。可以基于较小的原始流化催化反应器设计和构造按比例放大的流化催化反应器。然而，按比例放大流化催化反应器可能是困难的，因为按比例放大流化催化反应器可能改变影响产物输出的反应参数。因此，需要用于按比例放大流化催化反应器的改进方法和/或装置。

发明内容

根据本文描述的一个或多个实施方案，流化催化反应器可包括导流器。导流器可以定位在流化催化反应器的过渡部分中，并且可以相对于不包括导流器的流化催化反应器改变流化催化反应器中的流体流动。具体地，导流器可以在流体通过流化催化反应器的部分之间时，例如在下部反应器部分与提升管之间时，限制进入更窄的路径的流体流。

本文还描述了用于按比例放大流化催化反应器的方法。在工业中，可能需要通过构建更大的流化催化反应器(在本文中称为“按比例放大的”流化催化剂)来按比例放大相对小的流化催化反应器(在本文中称为“模板”流化催化反应器)，所述更大的流化催化反应器基于模板流化催化反应器的设计。例如，可以从模板反应器收集数据，并且工艺配置可以用模板流化催化反应器来增强和/或标准化，而无需增加构建或操作较大流化催化反应器的资金成本。

在一些实施方案中，模板流化催化反应器和按比例放大的流化催化反应器可包括下部反应器部分和提升管，其中下部反应器部分具有比提升管更大的横截面面积。这种设计可以利用将下部反应器部分连接到提升管的过渡部分，其中过渡部分可以向内从下部反应器部分到提升管逐渐变细，使得从下部反应部分到提升管的流体路径在过渡部分的高度上变窄。

通常，流化催化反应器可以通过增加模板流化催化反应器的各个部分的横截面面积大约一按比例放大系数来按比例放大，其中“按比例放大系数”是指按比例放大的流化催化反应器的横截面面积相对于模板流化催化反应器所增加的倍数。例如，包括下部反应器部分和提升管的流化催化反应器可以通过增加下部反应器部分和提升管中的每一个的横截面面积大约一按比例放大系数来按比例放大。按比例放大系数通常可以是反应器容量或进料或产物的体积流速的比率。通过这种按比例放大过程，下部反应器部分的横截面面积与提升管的横截面面积的比率在模板流化催化反应器和按比例放大的流化催化反应器中可以是相似的(例如，在20％左右)。由于比率相似，因此按比例放大的流化催化反应器可以在反应中类似于模板流化催化反应器执行。

然而，在按比例放大程序的这种实施方案中，当按比例放大发生时，如果过渡部分要保持其一般形状(例如，锥角)，则可能需要具有增加的高度(即，增加提升管与下部反应器部分之间距离)。然而，已经发现，增加过渡部分的高度在反应器的操作期间对流体的速度分布和气体停留时间有影响，导致与模板反应器相比产物输出的变化。

已经发现，通过在按比例放大的流化催化反应器的过渡部分内提供导流器，可以相对于模板流化催化反应器维持按比例放大的流化催化反应器在其过渡部分中的速度分布。导流器可以是占据按比例放大的流化催化反应器的过渡部分内的空间的主体，并因此缩小流体可以在按比例放大的流化催化剂中在下部反应器部分和提升管之间流动的路径。在一个或多个实施方案中，导流器可用于使得可用横截面流动面积与下部反应器部分的横截面面积的比率相对于模板流化催化反应器在按比例放大的过渡部分的一个或多个高度处接近相同(例如，在30％内)。这种设计可以将按比例放大的流化催化反应器的流体速度分布标准化为模板流化催化反应器的流体速度分布。

根据本公开的一个实施方案，流化催化反应器可包括提升管、下部反应器部分、过渡部分和导流器。提升管可包括横截面面积，以及下部反应器部分可以包括横截面面积。过渡部分可以将提升管附接到下部反应器部分。提升管的横截面面积可小于下部反应器部分的横截面面积，使得过渡部分从下部反应器部分到提升管向内逐渐变细。导流器可以至少定位在过渡部分的内部区域内。导流器可包括主体，该主体影响从下部反应器部分移动到提升管的流体的速度分布。

根据另一个实施方案，流化催化反应器可以通过一种方法按比例放大，该方法可以包括基于模板流化催化反应器构建或操作按比例放大的流化催化反应器。按比例放大的流化催化反应器可包括按比例放大的提升管、按比例放大的下部反应器部分、连接按比例放大的提升管和按比例放大的下部反应器部分的按比例放大的过渡部分、以及至少位于在过渡部分的内部部分内的导流器。模板流化催化反应器可包括模板提升管、模板下部反应器部分和连接模板提升管和模板下部反应器部分的模板过渡部分。对于按比例放大的过渡部分的高度的中点，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％。对于一高度的按比例放大的流动路径比率可以等于(a)按比例放大的过渡部分在该高度处的流动面积与(b)按比例放大的下部反应器部分的横截面面积的比率，其中，该高度的按比例放大的过渡部分的流动面积等于过渡部分在该高度处的横截面面积减去导流器在该高度处的横截面面积。对于一高度的模板流动路径比率可以等于：对于小于模板过渡部分的高度的高度，(a)模板过渡部分在该高度处的流动面积与(b)模板下部反应器部分的横截面面积的比率，其中对于一高度的模板过渡部分的流动面积等于模板过渡部分在高度处的横截面面积；或者，对于高于模板过渡部分的高度的高度，(a)模板提升管的横截面面积与(b)模板下部反应器部分的横截面面积之比率。

应理解，前述发明内容和以下具体实施方式均呈现了本技术的实施方案，并且旨在提供用于理解要求保护的技术的性质和特性的概述或框架。附图被包括以提供对本技术的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示例了各种实施方案，并且与说明书一起用于解释本技术的原理和操作。另外，附图和说明书仅仅是说明性的，并不旨在以任何方式限制权利要求的范围。

本文公开的技术的其他特征和优点将在下面的详细描述中阐述，并且部分地对于本领域技术人员来说从该说明书是显而易见的，或者通过实践本文所述的技术而被认识到，包括下面的详细描述、权利要求和所附附图。

附图说明

当结合以下附图阅读时，可以最好地理解本公开的具体实施方案的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：

图1示意性地描绘了根据本文公开的一个或多个实施方案的流化催化反应器系统；

图2示意性地描绘了根据本文公开的一个或多个实施方案的包括导流器的按比例放大的流化催化反应器的一部分的横截面侧视图；

图3示意性地描绘了根据本文公开的一个或多个实施方案的模板流化催化反应器的一部分和包括导流器的按比例放大的流化催化反应器的一部分的横截面侧视图；

图4A示意性地描绘了根据本文公开的一个或多个实施方案的导流器的立体图；

图4B示意性地描绘了根据本文公开的一个或多个实施方案的导流器的立体图；以及

图4C示意性地描绘了根据本文公开的一个或多个实施方案的导流器的立体图。

应当理解，附图本质上是示意性的，并且不包括本领域常用的流化催化反应器系统的一些组件，例如但不限于温度传送器、压力传送器、流量计、泵和阀门等。应该知道，这些组件在所公开的本发明实施方案的精神和范围内。然而，诸如本公开中描述的那些操作组件可以添加到本公开中描述的实施方案中。

现在将更详细地参考各种实施方案，其中一些实施方案在附图中示例。只要有可能，在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

具体实施方式

根据一个或多个实施方案，本文描述的是流化催化反应器，其包括定位在流化催化反应器内的导流器。另外，本文描述了用于按比例放大的流化催化反应器的导流器，以及用于按比例放大流化催化反应器的方法。通常，根据本文所述的一个或多个实施方案，模板流化催化反应器可按比例放大，以形成按比例放大的流化催化反应器。模板流化催化反应器可以不包括导流器，而按比例放大的流化催化反应器包括定位在其过渡部分内的导流器，该过渡部分将下部反应器部分连接到提升管。

现在参考图1，示意性地描绘了流化催化反应器系统102。图1的流化催化反应器系统102可以代表模板流化催化反应器系统或按比例放大的流化催化反应器系统。虽然根据本文所述的实施方案，按比例放大的流化催化反应器包括导流器，但在图1中未示出导流器。流化催化反应器系统102通常包括多个系统组件，例如流化催化反应器200和/或再生部300。如本文所用，“流化催化反应器”通常是指可操作以用流化催化剂将进料转化入反应物中的反应器。关于图1，流化催化反应器被描述为其中发生主要的过程反应的流化催化反应器系统的一部分。根据一些实施方案，流化催化反应器200还可以从反应的产物流中分离催化剂(有时是废的，意味着它至少部分地失活)。此外，如本文所用，“再生部”通常是指其中催化剂例如通过燃烧被再生的流化催化反应器系统102的一部分，并且在一些实施方案中，所再生的催化剂与其他工艺材料分离，例如，与来自先前在失活催化剂上的燃烧材料的逸出气体或与补充燃料分离。根据一些实施方案，再生部可包括再生所述催化剂的流化催化反应器。

根据一个或多个实施方案，如图1所示，流化催化反应器200可包括下部反应器部分250、提升管230和催化剂分离部210。再生部300可包括燃烧器350、提升管330和催化剂分离部310。在一个或多个实施方案中，催化剂分离部210可以与燃烧器350流体连通(例如，通过提升管126)，并且催化剂分离部310可以与下部反应器部分250流体连通(例如，通过立管124和运输提升管130)。

应该理解的是，图1的流化催化反应器系统102仅是包括流化催化反应器200的流化催化反应器系统102的一个实例。本文考虑流化催化反应器的其他实施方案，并且本文所述的流化催化反应器不应限于图1中所描绘的那些或者适用于图1的系统的那些。例如，流化催化反应器可以是独立的装置，所述独立的装置不包括再生部300或催化剂分离部210。在另一个实施方案中，流化催化反应器可以是用于再生废催化剂的燃烧器反应器。

根据一个或多个实施方案，流化催化反应器系统102可以通过将一种或多种化学进料和一种或多种流化催化剂进料到下部反应器部分250中，并通过与一种或多种流化的催化剂相接触来使一种或多种化学进料反应来操作，以在流化催化反应器200的下部反应器部分250中产生一种或多种化学产物。化学产物和催化剂可以从下部反应器部分250排出并穿过提升管230，到达催化剂分离部210中的分离装置220，其中催化剂与化学产物分离，该化学产物被输送出催化剂分离部210。所分离的催化剂从催化剂分离部210传送到燃烧器350。在燃烧器350中，催化剂可以通过诸如燃烧的化学过程再生。例如但不限于，废催化剂可以是脱焦的和/或补充燃料可以是催化燃烧的。然后催化剂从燃烧器350排出并穿过提升管330到达提升管终端分离器378，其中来自提升管330的气体和固体组分被部分分离。蒸汽和剩余的固体被输送到二级分离装置320，所述二级分离装置320可以由催化剂分离部310中的多个一级旋风分离器和二级旋风分离器组成，其中剩余的催化剂与再生反应中的气体(例如，通过废催化剂燃烧产生的气体)分离。然后，所分离的催化剂经由立管124和输送提升管130从催化剂分离部310排到下部反应器部分250，在那里它进一步用于催化反应。因此，催化剂在操作中可以在流化催化反应器200和再生部300之间循环。通常，处理的化学物流，包括进料物流和产物物流，可以是气态的，并且催化剂可以是流化的颗粒状固体。

根据本文所述的实施方案，流化催化反应器200包括下部反应器部分250、过渡部分258和提升管230。过渡部分258可以将下部反应器部分250与提升管230连接。根据一个或多个实施方案，下部反应器部分250和提升管230可以具有大致恒定的横截面面积，而过渡部分258是逐渐变细的并且不具有恒定的横截面面积。如本文所述，除非另有明确说明，否则横截面面积是指大致垂直于反应物和/或产物的流动方向的一部分反应器的横截面的面积。例如，在图1中，下部反应器部分250、过渡部分250和提升管230的横截面面积在由水平方向限定的平面的方向和由进入页面的方向(垂直于流体运动的方向，即，垂直向上)限定的方向上。

如本文所述，下部反应器部分250可包括容器、转鼓、桶、大桶或适于给定化学反应的其他容器。在一个或多个实施方案中，下部反应器部分250可以是大致圆柱形的(即，具有大致上圆形的横截面形状)，或者可以替代地是非圆柱形的，例如横截面形状为三角形、矩形、五边形、六边形、八边形、椭圆形或其他多边形或弯曲的闭合形状或其组合的棱柱形状。在整个本公开中使用的下部反应器部分250通常可以包括金属框架，并且可以另外包括耐火衬里或用于保护金属框架和/或控制工艺条件的其他材料。如图1中所描绘的那样，下部反应器部分250可包括下部反应器部分催化剂入口端口252，所述下部反应器部分催化剂入口端口252限定了输送提升管130与下部反应器部分250的连接。

下部反应器部分250可以连接到运输提升管130，所述运输提升管130在操作中可以向流化催化反应器200提供所再生的催化剂和/或反应物化学品。所再生的催化剂和/或反应物化学品可以用容纳在下部反应器部分250中的分配器230混合。经由输送提升管130进入下部反应器部分250的催化剂可以穿过立管124到达输送提升管130，从而从再生部300到达。在一些实施方案中，催化剂可以直接从催化剂分离部210经由立管122进入输送提升管130，在此其进入下部反应器部分250。该催化剂可稍微失活，但在一些实施方案中，仍可适用于在下部反应器部分250中的反应。

仍然参考图1，流化催化反应器200可包括提升管230，所述提升管230用于将产物从下部反应器部分250输送到催化剂分离部210。在一个或多个实施方案中，提升管230可以是大致圆柱形的(即，具有大致上圆形的横截面形状)，或者可以替代地是非圆柱形的，例如横截面形状为三角形、矩形、五边形、六边形、八边形、椭圆形或其他多边形或弯曲的闭合形状或其组合的棱柱。在整个本公开中使用的提升管230通常可以包括金属框架，并且可以另外包括耐火衬里或用于保护金属框架和/或控制工艺条件的其他材料。

根据一些实施方案，提升管230可包括外部提升管部232和内部提升管部234。如本文所用，“外部提升管部”是指提升管的位于催化剂分离部外部的部分。“内部提升管部”是指提升管在催化剂分离部内的部分。例如，在图1所描述的实施方案中，流化催化反应器200的内部提升管部234可以位于催化剂分离部210内，而外部提升管部232位于催化剂分离部210的外部。

如图1中所描绘的那样，下部反应器部分250可以经由过渡部分258连接到提升管230。下部反应器部分250的宽度(例如，在大致圆柱形实施方案中的直径)通常比提升管230的更大。过渡部分258可以从下部反应器部分250的直径到提升管230的直径逐渐变细，使得过渡部分258从下部反应器部分250向内突出到提升管230。如本文所用，“提升管宽度“是指提升管的最大横截面距离。例如，圆柱形提升管的宽度等于其直径，矩形棱柱形提升管的宽度等于其第一横截面的平方和其第二横截面的平方之和的平方根。

在一些实施方案中，例如下部反应器部分250和提升管230具有相似横截面形状的实施方案中，过渡部分258可以成形为截头锥体。例如，对于包括圆柱形下部反应器部分250和圆柱形提升管230的流化催化反应器200的实施方案，过渡部分258可以成形为圆锥台。然而，应该理解的是，本文考虑多种下部反应器部分250的形状，其连接各种形状和尺寸的下部反应器部分250和提升管230。

在操作中，催化剂可以(从下部反应器部分250)向上移动通过提升管230，并进入分离装置220。分离的蒸汽可以通过管道120在催化剂分离部210的气体出口216处经由管120从流化催化反应器系统102移除。根据一个或多个实施方案，分离装置220可以是旋风分离系统，所述旋风分离系统可以包括两个阶段或更多阶段的旋风分离。在分离装置220包括一个以上旋风分离阶段的实施方案中，流体化流所进入的第一分离装置称为一级旋风分离装置。来自一级旋风分离装置的流化流出物可进入二级旋风分离装置以进一步分离。一级旋风分离装置可包括例如一级旋风分离器以及在名称为VSS(可从UOP商购)、LD₂(可从Stone和Webster商购)和RS₂(可从Stone和Webster商购)的可商购的系统。例如，在美国专利4,579,716、美国专利5,190,650和美国专利5,275,641中描述了一级旋风分离器，它们各自通过引用整体并入本文。在一些用一级旋风分离器作为一级旋风分离装置的分离系统中，一组或多组附加旋风分离器，例如，二级旋风分离器和三级旋风分离器，用于进一步从产物气体中分离催化剂。应该理解的是，任何一级旋风分离装置均可以用在本发明的实施方案中。

根据一个或多个实施方案，在与分离装置220中的蒸气分离之后，催化剂通常可以移动通过汽提塔224到达催化剂出口222，其中催化剂经由立管126从流化催化反应器200转移出，进入再生部300。任选地，催化剂也可以经由立管122直接转移回下部反应器部分250。或者，催化剂可以与所再生的催化剂在运输提升管130中预混合。

现在参考再生部300，如图1所描绘的那样，再生部300的燃烧器350可包括一个或多个下部反应器部分入口352并与提升管330流体连通。燃烧器350可经由立管126与催化剂分离部210流体连通，所述立管126可以将废催化剂从流化催化反应器200供应到再生部300，用于再生。燃烧器350可包括另外的下部反应器部分入口352，其中空气入口128连接到燃烧器350。空气入口128可供应反应性气体，所述反应性气体可与废催化剂反应，以至少部分地再生催化剂。例如，催化剂可以在下部反应器部分250中的反应之后结焦，并且可以通过燃烧反应从催化剂中除去焦炭(即，使催化剂再生)。例如，氧化剂(例如空气)可以经由空气入口128进料到燃烧器350中。在燃烧之后，所再生的催化剂可以在催化剂分离部310中分离，并且经由立管124输送回到流化催化反应器200中。

图2描绘了图1的按比例放大的实施方案的流化催化反应器200的一部分的放大视图。如图2所描绘的那样，下部反应器部分250通过过渡部分258连接到提升管230。提升管230的横截面面积可以小于下部反应器部分250的横截面面积，使得过渡部分258从下部反应器部分250到提升管230向内逐渐变细。导流器110至少位于过渡部分258的内部区域内。导流器110可包括一主体，所述主体影响从下部反应器部分250移动到提升管230的流体的速度分布。在一些实施方案中，导流器可以定位在过渡部分258的轴向中心处。应当理解，图2的横截面视图可以解释为描绘轴对称系统的横截面。例如，提升管230和下部反应器部分250可以是圆柱形的(即，具有圆形横截面)，并且过渡部分258可以是圆锥台(即，具有圆形横截面)。这样，如图2所描绘的导流器110可以解释为由具有相邻基部的两个圆锥结构形成的主体。然而，应该理解的是，本文考虑导流器100的其他形状。

图4A描绘了图2中描绘的包括第一圆锥结构602和第二圆锥结构604的导流器110的示意性立体“3D”视图。在这样的实施方案中，第一圆锥结构602的基部和第二圆锥结构604的基部可以具有相同的形状和尺寸。如所描述的那样，考虑其他形状，例如图4B中所描述的那样。图4B的导流器110包括上圆锥结构606、第一圆锥台结构608、第二圆锥台结构610和下圆锥结构612。上圆锥结构可与第一圆锥台结构608共用基部，第一圆锥台608可以与第二圆锥台结构610共用基部，和/或下圆锥结构612可以与第二圆锥台结构610共用基部。在其他实施方案中，例如图4C所描述的那样，导流器110可具有不规则形状。例如，当导流器110设计用于特定的按比例放大的实施方案时，可以使用不规则形状，如本文所解释的那样。

在一个或多个实施方案中，导流器110可以是实心主体，或者可替代地是中空物体。导流器100可包括不锈钢，例如304H SS。导流器110可另外包括耐火材料，所述耐火材料在导流器110的外表面上或至少部分地填充中空导流器110的内部。

在一个或多个实施方案中，导流器110可通过一个或多个机械支撑件保持在过渡部分580中的适当位置。本文考虑了许多机械支撑系统，例如电线、杆、支架或其他类似设备。例如，在一个实施方案中，工字梁或T形梁可以悬挂在流化催化反应器200的一部分上，以支撑导流器110。可以适于支撑本文所描述的导流器110的支撑系统的一个实施方案在题为“A Fluid Solids Contacting Device”的美国专利申请14/751,424中描述，其全部内容通过引用并入本文。

在图3中示意性地描绘了按比例放大过程，图3示出了模板流化催化反应器500和按比例放大的流化催化反应器400，二者对准，使得模板下部反应器部分550和模板过渡部分558的界面与按比例放大的下部反应器部分450和模板过渡部分558的界面共面。这些共面界面由线182表示。另外，线184表示模板过渡部分558和模板提升管530的界面的平面，线186表示按比例放大的过渡部分458和按比例放大的提升管430的界面的平面。

虽然图3的按比例放大的流化催化反应器400在本文中被描述为具有圆锥台形的按比例放大的过渡部分458、圆柱形按比例放大的下部反应器部分450和圆柱形按比例放大的提升管430，应当理解，按比例放大过程可以适用于具有不同形状的流化催化反应器。同样，虽然图3的模板流化催化反应器500在模板流化催化反应器500的背景下在本文中被描述，其中所述模板流化催化反应器500具有圆锥台形的模板过渡部分558、圆柱形的模板下部反应器部分550和圆柱形的模板提升管530，但是应该理解的是，按比例放大的过程可适用于具有不同形状的流化催化反应器。

仍然参考图3，模板下部反应器部分550具有宽度584(例如，当模板下部反应器部分550具有圆形横截面时的直径)，模板提升管530具有宽度582(例如，当模板提升管530具有圆形横截面时的直径)，并且模板过渡部分558具有高度586，所述高度586被测量为在模板提升管530的底部与模板下部反应器部分550的顶部之间的距离。类似地，按比例放大的下部反应器部分450具有宽度484(例如直径)，按比例放大的提升管430具有宽度482(例如，直径)，并且按比例放大的过渡部分458具有高度486，所述高度486被测量为按比例放大的提升管430的底部与按比例放大的下反应器部分450的顶部之间的距离。另外，高度586与高度486的差表示为高度494，其覆盖了比模板过渡部分558的高度586更高的按比例放大的过渡部分的区域。

如本文所述，按比例放大的流化催化反应器400通常是模板流化催化反应器500的较大形式。模板流化催化反应器500的各种组件可以按比例放大以按比例放大系数。例如，按比例放大的提升管430的横截面面积与模板提升管530的横截面面积的比率可以是按比例放大系数的80％至120％。另外，按比例放大的下部反应器部分450的横截面面积与模板下部反应器部分550的横截面面积的比率可以是按比例放大系数的80％至120％。根据另外的实施方案，按比例放大的提升管430的横截面面积与模板提升管530的横截面面积的比率可以是按比例放大系数的85％至115％，按比例放大系数的90％至110％，按比例放大系数的95％到105％，按比例放大系数的98％至102％，甚至按比例放大系数的99％至101％。根据另外的实施方案，按比例放大的下部反应器部分450的横截面面积与模板下部反应器部分550的横截面面积的比率可以是按比例放大系数的85％至115％，按比例放大系数的90％至110％，按比例放大系数的95％至105％，按比例放大系数的98％至102％，甚至比例放大系数的99％至101％。

根据一个或多个实施方案，按比例放大系数可以是至少1.3、至少1.4、至少1.5、至少1.6、至少1.7、至少1.8、至少1.9、至少2、至少2.5、至少3、至少3.5、至少4、至少4.5、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9或甚至至少10。在一个或多个实施方案中，按比例放大系数可以是1.3至5、2至4或2.5至3.5。

根据本文描述的实施方案，模板过渡部分558的一般形状可以被用于按比例放大的过渡部分458。例如，模板过渡部分558的锥度588可以在按比例放大的过渡部分458的锥角488的20％的范围内。例如，锥形锥角558可以是锥角488的80％至120％、锥角488的85％至115％、锥角488的90％至110％、锥角488的95％至105％、锥角488的98％至102％或甚至锥角488的99％至101％。

如本文所述，模板流化催化反应器500和按比例放大的流化催化反应器400的各种组件均具有“流动面积”。该流动面积通常可对应于流体可在给定组件中向上通过的面积。在可具有相对恒定的横截面面积的组件中，流动面积相对于高度相对恒定。例如，模板下部反应器部分550、模板提升管530、按比例放大的下部反应器部分450和按比例放大的提升管430可具有不是高度函数的流动面积，而模板过渡部分558和按比例放大的过渡部分458可以具有是高度的函数的流动面积。

模板过渡部分558对于模板过渡部分558的每个高度包括模板过渡部分的流动面积。如本文所用的那样，在一高度处的“模板过渡部分的流动面积”是指在该高度处的模板过渡部分558的横截面面积。例如，对于在模板过渡部分558的底部处一高度(在线182处)，模板过渡部分的流动面积等于模板下部反应器部分550的横截面面积，并且对于模板过渡部分558的顶部处的高度(在线184处)，模板过渡部分的流动面积等于模板提升管530的横截面面积。模板提升管530包括模板提升管的流动面积，所述模板提升管的流动面积等于模板提升管530的横截面面积。模板下部反应器部分550包括模板下部反应器部分的流动面积，所述模板下部反应器部分的流动面积等于模板下部反应器部分550的横截面面积。

在一个或多个实施方案中，对于模板流化催化反应器500可以确定模板流动路径比率。如本文所用，对于一高度的“模板流动路径比率”是指模板过渡部分558或模板提升管530在该高度处的流动面积与模板下部反应器部分的流动面积的比率。例如，对于小于模板过渡部分558的高度586的高度，模板流动路径比率等于(a)在该高度处的模板过渡部分的流动面积与(b)模板下部反应器部分的流动面积(即模板下部反应器部分的横截面面积)的比率。对于高于模板过渡部分558的高度的高度，模板流动路径比率等于模板提升管的流动面积(即，模板提升管530的横截面面积)与模板下部反应器部分的流动面积(即模板下部反应器部分的横截面面积)的比率。

对于按比例放大的过渡部分458的每个高度，按比例放大的过渡部分458可以包括按比例放大的过渡部分的流动面积。如本文所使用的，在一高度处的“按比例放大的过渡部分的流动面积”是指在该高度的过渡部分的横截面面积减去在该高度处的导流器110的横截面面积。导流器110减小了按比例放大的过渡部分458的流动面积。按比例放大的提升管430包括按比例放大的提升管流动面积，所述按比例放大的提升管流动面积等于按比例放大的提升管430的横截面面积。按比例放大的下部反应器部分450包括按比例放大的下部反应器部分流动面积，所述按比例放大的下部反应器部分流动面积等于按比例放大的下部反应器部分450的横截面面积。

在一个或多个实施方案中，对于按比例放大的流化催化反应器400可以确定按比例放大的流动路径比率。如本文所使用的，对于一高度的“按比例放大的流动路径比率”是指在按比例放大的过渡部分458在高度处的流动面积与按比例放大的下部反应器部分的流动面积的比率。例如，对于一高度的按比例放大的流动路径比率可以指(a)在该高度处的按比例放大的过渡部分的流动面积与(b)按比例放大的下部反应部分的流动面积(即，按比例放大的下部反应器部分450的横截面面积)的比率。

根据本文描述的实施方案，对于从线182(即，按比例放大的过渡部分458的基部)测量的一个或多个高度，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％，例如，模板流动路径比率的75％至125％，模板流动路径比率的80％至120％，模板流动路径比率的85％至115％比例，模板流动路径比率的90％至110％，模板流动路径比率的95％至105％，模板流动路径比率的98％至102％，或模板流动路径比率的99％至101％。

在一个实施方案中，按比例放大的流动路径比率可以是在按比例放大的过渡部分458上的模板过渡部分558(线184)的高度处的模板流动路径比率的70％至130％。例如，在按比例放大的过渡部分458上的模板过渡部分558的高度处，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％、模板流动路径比率的75％至125％、模板流动路径比率的80％至120％、模板流动路径比率的85％至115％、模板流动路径比率的90％至110％、模板流动路径比率的95％至105％、模板流动路径比率的98％至102％、或模板流动路径比率的99％至101％。

在一个实施方案中，按比例放大的流动路径比率可以是在按比例放大的过渡部分458的高度486的中点处的模板流动路径比率的70％至130％。例如，在在按比例放大的过渡部分458的高度486的中点处，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％、模板流动路径比率的75％至125％、模板流动路径比率的80％至120％、模板流动路径比率的85％至115％、模板流动路径比率的90％至110％、模板流动路径比率的95％至105％、模板流动路径比率的98％至102％、或模板流动路径比率的99％至101％。

根据另一个实施方案，按比例放大的流动路径比率可以是在按比例放大的过渡部分458的高度486的25％高度处的模板流动路径比率的70％至130％。例如，在按比例放大的过渡部分458的高度486的25％高度处，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％、模板流动路径比率的75％至125％、模板流动路径比率的80％至120％、模板流动路径比率的85％至115％、模板流动路径比率的90％至110％、模板流动路径比率的95％至105％、模板流动路径比率的98％至102％、或模板流动路径比率的99％至101％。

根据另一个实施方案，按比例放大的流动路径比率可以是在按比例放大的过渡部分458的高度486的75％高度处的模板流动路径比率的70％至130％。例如，在按比例放大的过渡部分458的高度486的75％高度处，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％、模板流动路径比率的75％至125％、模板流动路径比率的80％至120％、模板流动路径比率的85％至115％、模板流动路径比率的90％至110％、模板流动路径比率的95％至105％、模板流动路径比率的98％至102％、或模板流动路径比率的99％至101％。

根据另一个实施方案，对于小于模板过渡部分558的高度492的所有高度，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％。例如，对于小于模板过渡部分558的高度586的所有高度，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％、模板流动路径比率的75％至125％比例、模板流动路径比率的80％至120％、模板流动路径比率的85％至115％、模板流动路径比率的90％至110％、模板流动路径比率的95％至105％、模板流动路径比率的98％至102％、或模板流动路径比率的99％至101％。

根据另一个实施方案，对于大于模板过渡部分558的高度586的所有高度(494的高度)，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％。例如，对于大于模板过渡部分558的高度586的所有高度，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％、模板流动路径比率的75％至125％、模板流动路径比率的80％至120％、模板流动路径比率的85％至115％、模板流动路径比率的90％至110％、模板流动路径比率的95％至105％、模板流动路径比率的98％至102％、或模板流动路径比率的99％至101％。

根据另一个实施方案，对于按比例放大的过渡部分458的所有高度，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％。例如，对于按比例放大的过渡部分458的所有高度，按比例放大的流动路径比率可以是模板流动路径比率的70％至130％、模板流动路径比率的75％至125％、模板流动路径比率的80％至120％、模板流动路径比率的85％至115％、模板流动路径比率的90％至110％、模板流动路径比率的95％至105％比率、模板流动路径比率的98％至102％、或模板流动路径比率的99％至101％。

应当理解，导流器110可以设计成满足与本文所述的流动路径比率相关的一个或多个实施方案。已经发现，当按比例放大的流动路径比率与模板流动路径比率相似(例如，从70％至130％)时，在向上方向上的流体速度分布相对于模板流化催化反应器500在按比例放大的流化催化反应器400中保持。在一个实施方案中，包括具有相邻基部的两个锥体的主体可以用作导流器110。例如，应该理解的是，导流器110具有锥体基部的部分相对于按比例放大的过渡部分458的底部的高度(即，线182)可以与模板过渡部分558的顶部相对于模板过渡部分558的底部的高度(即，线184)相同。应当理解，对于按比例放大的过渡部分458的所有高度，当按比例放大的流动路径比率大约等于模板流动路径比率时，各种反应器按比例放大结构的建模可以产生用于导流器110的复杂的三维形状。然而，可以用非弯曲多边形或截头锥体结构和锥体来估计这些复杂形状。例如，图4C描绘了设计成放置在按比例放大的截头锥体形状的过渡部分中的这种复杂形状的导流器110的一个实施方案。

现在参考图2，根据一个或多个实施方案，导流器110可以填充过渡部分258的大部分体积。例如，导流器110可以填充过渡部分258的体积的至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或甚至至少50％。在另外的实施方案中，导流器110可以填充过渡部分258的体积的10％至50％或20％至45％。

本文描述的系统可以用作各种流化催化剂反应的处理设备。例如，通过使用流化床反应器，可以将烃以及其他化学原料转化为所需产物。流化床反应器在工业中用于许多目的，包括：链烷烃和/或烷基芳烃的脱氢，烃的裂解(即，流化催化裂化)，由甲醇生产烯烃，醇的脱水，烯烃的氯化，萘氧化为邻苯二甲酸酐，由丙烯、氨和氧生产丙烯腈，Fischer-Tropsch合成和乙烯聚合。

根据所描述的实施方案，可以构建或操作按比例放大的流化催化反应器。如本文所述，构建按比例放大的流化催化反应器400可以指构建或以其他方式连接或附接反应器组件，以形成按比例放大的流化催化反应器400。另外，操作按比例放大的流化催化反应器400可以指控制按比例放大的流化催化反应器400，例如以便操作一个或多个化学反应，以在按比例放大的流化催化反应器400中从反应物形成产物。

另外，按比例放大的流化催化反应器400可以“基于”模板流化催化反应器500。在一个或多个实施方案中，可以不必具有实际的模板流化催化反应器500。例如，可以观察模板流化催化反应器500，例如在操作中或以其他方式亲自或以其他方式感知。观察可以包括收集与模板流化催化反应器500的操作有关的数据。在另一个实施方案中，可以获得与模板流化催化反应器500有关的数据，其可以包括获取与模板流化催化反应器500的操作有关的任何信息。例如，获得与模板流化催化反应器500相关的数据可以包括在模板流化催化反应器500中获取与反应速率、流体力学、工艺条件等有关的信息。例如，获得公开模板流化催化反应器500的设计和/或操作参数的出版物可以包括作为获得与模板流化催化反应器500相关的数据的行为。在一个或多个实施方案中，与模板反应器500相关的数据可以包括以下中的一个或多个：模板提升管530的横截面面积，模板下部反应器部分550的横截面面积，模板提升管558的横截面形状，模板下部反应器部分550的横截面形状，或模板过渡部分558的形状(例如圆锥台形状的角度)。

应当理解，虽然本文所述的流化催化反应器的一些实施方案是从模板按比例放大的，但在一些实施方案中，包括导流器的流化催化反应器可以是原始反应器(即，不是按比例放大的)。应当理解，如本文所述的导流器可以用于除了按比例放大之外的背景中，例如反应器的改进。例如，通过包含导流器来修改反应器可能是期望的，以改变反应中的工艺参数。

出于描述和限定本发明的目的，应注意，术语“约”在本文中用于表示可归因于任何定量比较、值、测量或其他表示的固有不确定度。该术语在本文中也用于表示定量表示可以从所述参考变化的程度，而不会导致所讨论主题的基本功能的变化。

应注意，以下权利要求中的一个或多个使用术语“其中”作为过渡短语。出于限定本发明的目的，应注意，该术语在权利要求中作为开放式过渡短语引入，该开放式过渡短语用于引入结构的一系列特征的叙述，并且应当以类似的方式解释为更常用的开放式前导词术语“包括”。

通常，本文所述的流化催化反应器系统102的任何系统单元的“入口端口”和“出口端口”指的是系统单元中的开口、孔、通道、穴、间隙或其他类似的机械特征。例如，入口端口允许材料进入特定系统单元，出口端口允许材料从特定系统单元退出。通常，出口端口或入口端口将限定管、导管、管道、软管、传输线或类似机械零部件所附接到的流化催化反应器系统102的系统单元或者另一系统单元所直接附接到的系统单元的一部分的面积。虽然入口端口和出口端口有时在本文中在操作中以功能性被描述，但是它们可以具有相似或相同的物理特性，并且它们在操作系统中的相应功能不应该被解释为限制它们的物理结构。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。由于本领域技术人员可以想到包含本发明的精神和实质的所公开实施方案的修改组合、子组合和变型，因此本发明应该被解释为包括所附权利要求及其等同物的范围内的所有内容。

Claims (15)

1.一种流化催化反应器，其包括：

提升管，所述提升管包括横截面面积；

下部反应器部分，所述下部反应器部分包括横截面面积；

过渡部分，所述过渡部分将所述提升管附接到所述下部反应器部分，其中所述提升管的横截面面积小于所述下部反应器部分的横截面面积，使得所述过渡部分从所述下部反应器部分到所述提升管向内逐渐变细；以及

导流器，所述导流器至少位于所述过渡部分的内部区域内，其中所述导流器影响从所述下部反应器部分移动到所述提升管的流体的速度分布，

其中所述导流器是降低所述过渡部分中流体通过的横截面面积的主体。

2.根据权利要求1所述的流化催化反应器，其中所述导流器填充所述过渡部分的体积的至少10％。

3.根据权利要求1所述的流化催化反应器，其中所述导流器填充所述过渡部分的体积的至少20％。

4.根据权利要求1所述的流化催化反应器，其中所述导流器填充所述过渡部分的体积的20％至45％。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的流化催化反应器，其中所述导流器包括圆锥结构。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的流化催化反应器，其中所述导流器包括截头锥体结构。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的流化催化反应器，其中所述过渡部分包括截头锥体形状。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的流化催化反应器，其中所述过渡部分包括圆锥台形状。

9.一种用于按比例放大流化催化反应器的方法，所述方法包括：

基于模板流化催化反应器构建或操作按比例放大的流化催化反应器，所述按比例放大的流化催化反应器包括按比例放大的提升管、按比例放大的下部反应器部分、连接所述按比例放大的提升管和所述按比例放大的下部反应器部分的按比例放大的过渡部分、以及至少定位在所述过渡部分的内部部分内的导流器，其中所述导流器是降低所述过渡部分中流体通过的横截面面积的主体，并且其中：

所述模板流化催化反应器包括模板提升管、模板下部反应器部分和连接所述模板提升管和所述模板下部反应器部分的模板过渡部分；

对于在所述按比例放大的过渡部分的高度的中点处的高度，按比例放大的流动路径比率是模板流动路径比率的70％至130％，其中：

对于一高度的所述按比例放大的流动路径比率等于在所述高度处的按比例放大的过渡部分的流动面积与所述按比例放大的下部反应器部分的横截面面积的比率，其中对于所述高度的所述按比例放大的过渡部分的流动面积等于在所述高度处的所述过渡部分的横截面面积减去在所述高度处的所述导流器的横截面面积；以及

对于一高度的所述模板流动路径比率等于：

对于小于所述模板过渡部分的高度的高度，在所述高度处的模板过渡部分的流动面积与所述模板下部反应器部分的横截面面积的比率，其中对于一高度的所述模板过渡部分的流动面积等于所述模板过渡部分在所述高度处的横截面面积；或者

对于高于所述模板过渡部分的高度的高度，所述模板提升管的横截面面积与所述模板下部反应器部分的横截面面积的比率。

10.根据权利要求9所述的方法，其中对于所述按比例放大的过渡部分的高度的25％高度，按比例放大的流动路径比率为模板流动路径比率的70％至130％。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中对于所述按比例放大的过渡部分的高度的75％高度，按比例放大的流动路径比率为模板流动路径比率的70％至130％。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中对于小于所述模板过渡部分的高度的所述按比例放大的过渡部分的所有高度，按比例放大的流动路径比率为模板流动路径比率的70％至130％。

13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其中对于大于所述模板过渡部分的高度的所述按比例放大的过渡部分的所有高度，按比例放大的流动路径比率为模板流动路径比率的70％至130％。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其中对于所述按比例放大的过渡部分的所有高度，按比例放大的流动路径比率为模板流动路径比率的70％至130％。

15.一种用于按比例放大流化催化反应器的方法，所述方法包括：

基于模板流化催化反应器构建或操作按比例放大的流化催化反应器，所述按比例放大的流化催化反应器包括按比例放大的提升管、按比例放大的下部反应器部分和连接所述按比例放大的提升管和所述按比例放大的下部反应器部分的按比例放大的过渡部分、以及至少位于所述过渡部分的内部部分内的导流器，其中所述导流器是降低所述过渡部分中流体通过的横截面面积的主体，其中：

所述模板流化催化反应器包括模板提升管、模板下部反应器部分和连接所述模板提升管和所述模板下部反应器部分的模板过渡部分，其中：

所述按比例放大的提升管的横截面面积与所述模板提升管的横截面面积的比率是按比例放大系数的80％至120％；

所述按比例放大的下部反应器部分的横截面面积与所述模板下部反应器部分的直径的比率是所述按比例放大系数的80％至120％；

所述按比例放大的过渡部分的锥角是所述模板过渡部分的锥角的80％至120％；以及

所述按比例放大系数至少为1.3；

对于在所述按比例放大的过渡部分的高度中点处的高度，按比例放大的流动路径比率是模板流动路径比率的70％至130％，其中：

对于一高度的所述按比例放大的流动路径比率等于在所述高度处的按比例放大的过渡部分的流动面积与所述按比例放大的下部反应器部分的横截面面积的比率，其中对于所述高度的所述按比例放大的过渡部分的流动面积等于在所述高度处的所述过渡部分的横截面面积减去在所述高度处的所述导流器的横截面面积；以及

对于一高度的所述模板流动路径比率等于：

对于低于所述模板过渡部分的高度的高度，在所述高度处的模板过渡部分流动面积与所述模板下部反应器部分的横截面面积的比率，其中对于一高度的所述模板过渡部分的流动面积等于在所述高度处的所述模板过渡部分的横截面面积；或者

对于高于所述模板过渡部分的高度的高度，所述模板提升管的横截面面积与所述模板下部反应器部分的横截面面积的比率。

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