CN110494209B

CN110494209B - 低容量的分区反应器

Info

Publication number: CN110494209B
Application number: CN201880015190.0A
Authority: CN
Inventors: L.诺埃尔; C.普莱斯; F.朗贝尔; E.桑切斯
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: KR20190120761A; EP3589396B1; RU2019130722A3; RU2752598C2; RU2019130722A; JP2020508858A; EP3589396A1; US10661242B2; FR3063440B1; WO2018158014A1; KR102503601B1; FR3063440A1; CN110494209A; US20200038829A1

Abstract

具有待处理的烃原料的径向流的催化反应器（10），其包括：‑封闭在基本上圆柱形的外壳（14）中的反应区（13），其为沿垂直轴线（AX）延伸的至少一个催化模块（15）的形式，‑位于反应区（13）外部的与所述催化模块（15）处于相同水平的环形区（30），所述催化反应器的特征在于，其包括位于反应区（13）外部的、在至少一个催化模块（15）的两个侧壁（23、24）之间的、并且通向所述环形区（30）的空的空间（27），所述空的空间（27）包括沿垂直轴线（AX）延伸并且定位成与收集装置（29）相邻的至少一个实心网（26）。

Description

低容量的分区反应器

技术领域

本发明涉及具有待处理的烃原料的径向流的反应器领域。其更具体地应用于汽油的催化重整。本发明使得可以使用非常少量的催化剂，且从而控制低值的停留时间。

背景技术

具有待处理的烃原料的径向流通的催化床反应器在精炼领域中是已知的。特别地，这种反应器被用于执行催化重整反应，该反应的目标是转化C7-C10链烷化合物和C7-C10环烷化合物，以得到具有相关联的氢产生的芳族化合物。催化转化通常在大约500℃的高温下，0.1至4.0MPa之间的中压下以及在存在特定重整催化剂的情况下进行，以便产生富含芳族化合物的高辛烷值重整产物，其可用作燃料基础。

与移动径向床技术相关联的限制有许多。特别地，在通过催化床的期间，待处理的烃原料的速度受到限制，以防止床入口处的空化（当床是移动床时），以防止催化剂在其出口处阻塞抵靠内筛网，并且以减少压降（取决于床的厚度和速度）。实际上，过高的原料流量将导致催化剂阻塞（或根据英文术语“pinning”）抵靠中央收集器的现象。由从催化剂床的外周边径向流动的原料向反应器中心施加的力将催化剂颗粒压靠中心收集器的壁，这增加了摩擦应力，其因此阻挠颗粒沿着壁的滑动。如果原料流足够高，则所导致的摩擦力足以支撑催化床的重量，使得催化剂颗粒的重力流至少在与中央收集器的壁相邻的一些区域中停止。在这些区域中，催化剂颗粒然后被原料流“阻塞”（根据英文术语“pinned”）并且被保持抵靠收集器的壁不动。在用于烃原料的催化重整的反应器中非常应该避免催化剂颗粒固定不动的现象，只要它促进催化剂的例如通过焦化而失活的反应，由此阻止反应器的继续运行。实际上，当催化剂块状物沿管道变得太厚时，则必须减少待处理的原料流或甚至完全关停该单元以疏通所述管道。

文献US 6,221,320公开了一种催化反应器，其具有原料流和催化剂的重力流，其包括反应区，该反应区包括多个催化模块，催化模块彼此并置并且以圆形形式规则地分布在反应区内。如上所述的与径向床技术相关的限制，即防止床入口处的空化、防止催化剂在其出口处阻塞抵靠内筛网、减少压降，以及这种反应器的结构限制（必须在内筛网和外筛网之间留出足够的空间）强制要求了最小量的催化剂。因此，这种类型的反应器对于高PPH值不是最佳的，因为这会导致催化剂阻塞抵靠中央收集器的现象，这是考虑到反应区的整个横截面包括催化剂床。该类型反应器中的最大PPH值约为20h^-1。

发明内容

本发明的目的是提出一种新型催化反应器，其设计使得可以在高PPH值下工作。申请人开发了一种催化反应器，其具有的反应区包括至少一个催化模块，该催化模块包括薄的催化剂床，其可以控制压降，且从而可以使PPH值（即待处理的原料的流量与催化剂质量的比）增加至超过40h^-1，或甚至超过50h^-1，这远远高于传统径向床反应器中可能的PPH范围（20至35h^-1之间）。

发明主题

本发明的第一主题涉及一种具有烃原料的径向流的催化反应器，所述反应器包括：

- 用于引入所述待处理的原料的至少一个引入装置；

- 用于排出由催化反应产生的排出物的至少一个排出装置；

- 封闭在基本上圆柱形外壳中的反应区，其为沿垂直轴线（AX）延伸的至少一个催化模块的形式，所述催化模块包括：

o至少一个催化剂床；

o至少一个外壁和一个内壁，其分别对于待处理的原料和由催化反应产生的排出物是可渗透的；

o至少一个第一侧壁和一个第二侧壁，它们对于待处理的原料是不可渗透的；

- 用于支撑所述催化模块的至少一个支撑装置；

- 用于收集由催化反应产生的排出物的至少一个收集装置，其沿轴线（AX）延伸，与所述催化模块的所述外壁或所述内壁连通；

- 位于反应区外部的与所述催化模块处于相同水平的环形区，

所述催化反应器的特征在于：

- 当所述催化反应器包括单个催化模块时，所述反应器包括位于反应区外部、在所述催化模块的第一侧壁和第二侧壁之间的空的空间，并且该空的空间通向所述环形区，

- 当所述催化反应器包括多个催化模块时，所述反应器包括位于反应区外部、在第一催化模块的第一侧壁和与第一催化模块相邻的第二催化模块的第二侧壁之间的至少一个空的空间，并且该空的空间通向所述环形区，

所述空的空间包括沿垂直轴线（AX）延伸并且定位成与收集装置相邻的至少一个实心网。

在根据本发明的一个实施例中，所述催化模块基本上构造并配置成圆柱体的扇区。

在根据本发明的另一个实施例中，所述催化模块具有矩形横截面。

有利地，所述催化模块的所述外壁和内壁包括约翰逊型筛网。

在根据本发明的一个实施例中，所述反应器包括在结构上彼此独立的多个催化模块。

在根据本发明的另一个实施例中，所述反应器包括单个催化模块。

在该实施例中，在反应区外部测量的、限定在催化模块的第一侧壁的内部止挡件和催化模块的第二侧壁的内部止挡件之间的最小距离“d_min”（其形成空的空间）至少为30厘米。

在根据本发明的一个实施例中，所述反应器包含2至35个催化模块。

在该实施例中，在反应区外部测量的、限定在第一催化模块的第一侧壁的内部止挡件和相邻的催化模块的第二侧壁的内部止挡件之间的最小距离“d_min”（其形成空的空间）至少为30厘米。

有利地，所述催化模块的催化剂床的厚度小于或等于500mm。

有利地，所述实心网是呈金属板的形式。

在根据本发明的一个实施例中，所述催化模块还包括：

- 位于所述催化模块上部中的至少一个催化剂入口装置；

- 位于所述催化模块下部中的至少一个催化剂出口装置。

根据本发明的另一个主题涉及使用根据本发明的催化反应器来催化重整烃原料的方法，其中：

- 将气态形式的烃原料连续送入包含在反应器中的催化剂床中；

- 使径向通过催化剂床的烃原料与催化剂接触，以产生气态排出物；

- 所述排出物在通过收集管后被抽出。

优选地，待处理的烃原料的流量与催化剂的质量之比大于或等于20h^-1。

有利地，所述方法在400℃至600℃之间的温度下，0.1MPa至4MPa之间的压力下并且有待处理的原料的氢/烃摩尔比为0.1至10之间的情况下进行。

附图说明

通过阅读仅作为非限制性说明给出的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，并且对该描述附有：

图1是根据现有技术的径向流反应器的分解透视图；

图2a和图2b各自分别表示根据本发明的径向流反应器在相对于反应器主轴线垂直的平面中的横截面视图，其中催化模块具有矩形横截面（图2a）或基本上构造并配置成圆柱体的扇区（图2b）；

图3是根据本发明的一个实施例的径向流反应器的一部分的分解透视图，其中催化模块的横截面基本上构造并配置成圆柱体的扇区（图2b）；

图4是根据本发明的反应器的催化模块的透视图，其对应于根据图2b的实施例；

图5是根据本发明的反应器沿相对于反应器主轴线垂直的平面的横截面图，其中反应器具有向心的径向流通；

图6是根据本发明的反应器沿相对于反应器主轴线垂直的平面的横截面图，其中反应器具有离心的径向流通。

具体实施方式

定义

为了本发明的目的，“径向流”被理解为指的是沿一组方向穿过催化剂床（通常是移动床）的待处理的烃原料流，所述一组方向或者对应于定向成从周边朝向腔室中心（向心的径向流通）的半径，或者对应于定向成从腔室中心朝向周边（离心的径向流通）的半径。

反应器

参考图1，根据现有技术的径向流反应器1在外部呈气瓶的形式，该气瓶形成沿对称轴线AX延伸的基本上圆柱形的外壳2。腔室2在其上部中包括用于引入待处理的原料的引入装置3，并且在其下部中包括用于排出由催化反应产生的排出物的排出装置4。在腔室2内部布置有具有垂直圆柱形环的形状的催化剂床7，在内侧上由中心圆柱形管子8限制（所述中心圆柱形管8由保持催化剂的所谓“内”筛网形成）并且在外侧上由另一个所谓“外”筛网5限制，“外”筛网5或者是与内筛网相同的类型，或者是通过包括纵向延伸的壳形筛网元件6的组件的装置，如图1所示。形成管的这些壳形筛网元件6也已知为荷叶边状物（英文中的“scallop”）。这些管6被储存器保持并固定到腔室的内表面，平行于轴线AX，以便形成基本上圆柱形的内壳。壳形筛网元件6经由其上端与用于引入待处理的原料的引入装置3直接连通，以接收待处理的原料流。气态形式的原料流通过管6的穿孔壁扩散，以通过固体催化剂颗粒床7，同时径向朝向反应器1的中心会聚。由此，使原料与催化剂接触以进行化学转化（例如催化重整反应）并产生反应排出物。然后通过沿轴线AX延伸并且也具有穿孔壁的中心圆柱形管子8（或收集管）收集反应排出物。该中心圆筒8（或收集管）在此经由其下端与反应器的排出装置4连通。

在运行中，被引入到引入装置3中的待处理的原料径向通过“外”筛网5，然后径向通过催化剂颗粒床7，在那里它与催化剂接触以产生排出物，排出物随后由中心圆筒8收集并由排出装置4排出。

这种反应器也可以在具有环形催化剂床7中的催化剂的连续的重力流的情况下运行。在图1的情况下，反应器1还包括用于将催化剂引入环形床的引入装置9a，其布置在反应器的上部中，以及用于抽出催化剂的抽出装置9b，其布置在反应器的下部中。

根据本发明的催化反应器10在图2至6中示出。在该实施例中，具有待处理的烃原料的径向流的催化反应器10至少包括：

- 用于引入所述待处理的原料的引入装置，其呈位于反应器上部中的管道形式；

- 封闭在基本上圆柱形外壳14中的反应区13，其形式为沿垂直轴线（AX）延伸的至少一个催化模块15，催化剂床16封闭在所述催化模块中；

- 位于反应区13外部的与所述催化模块处于相同水平的环形区30；

- 用于支撑所述催化模块15的支撑装置25；

- 沿垂直轴线（AX）延伸的收集装置29，其用于收集由催化反应产生的排出物；

- 用于排出由催化反应产生的排出物的装置，所述装置呈位于反应器下部中的管道形式；

- 位于反应区13外部并且通向所述环形区30的至少一个空的空间27，所述空的空间27包括沿垂直轴线（AX）延伸并位于收集装置29附近的至少一个实心网26。

在根据本发明的一个实施例中，所述催化模块15具有矩形横截面（参见图2a）。在根据本发明的另一个实施例中，所述催化模块15基本上构造并配置成圆柱体的扇区（参见图2b）。无论是实施方式中的一个还是其他，催化模块15由以下各项界定：

- 外壁21和内壁22，所述壁21和22分别对于待处理的原料和由催化反应产生的排出物是可渗透的；

- 对于待处理的原料是不可渗透的两个侧壁23和24；

- 上部18和下部20，其对于待处理的原料是不可渗透的。

催化模块15的外壁21和内壁22优选地包括约翰逊型筛网。

催化反应器的这种布置使得可以显著减小包含在所述催化模块15中的催化剂床16的厚度“e”。更具体地，催化剂床16的厚度“e”小于或等于500mm，优选地小于或等于400mm，更优选地小于或等于300mm，且甚至更优选地小于或等于200mm。因此，包含在所述催化模块15中的催化剂床的薄的厚度使得可以更好地控制压降，且从而使得可以将PPH增加到大于或等于20h^-1的值，优选地大于或等于50h^-1，更优选地大于或等于100hh^-1，甚至更优选地大于或等于200h^-1。

然而，包括具有薄的催化剂床的反应区的反应器的存在使得不能在催化模块15内部进行维护和检查操作。因此，在与反应区13相同水平处存在至少一个空的空间27使得可以便于检查和/或维护收集装置和催化模块15。

当根据本发明的反应器包括单个催化模块（图中未示出实施例）时，所述反应器包括位于反应区13外部的、在所述催化模块15的第一侧壁23和第二侧壁24之间的、并且通向所述环形区30的空的空间27。在该实施例中，在催化模块15的第一侧壁23的内部止挡件32和第二侧壁24的内部止挡件33之间限定的最小距离“d_min”（其形成空的空间27）至少为30厘米，优选地至少为50厘米。

空的空间27还包括沿垂直轴线（AX）延伸的至少一个实心网26，其定位成邻近收集管29。在本发明的范围内，所述实心网26是对于待处理的烃原料（即以气态流体的形式）为不可渗透的元件。例如，实心网26是呈固定在收集管29的外部上的金属板的形式，使得所述实心网26阻止烃原料进入收集管29。在本发明的范围内。所述实心网26的高度基本上等于所述催化模块15的高度。实心网26也可以是可拆卸的，以便能够便于反应器中的维护操作。

在根据本发明的一个特定实施例中，催化模块15的侧壁23、实心网26和催化模块15的侧壁24形成单一部件，以便改善反应区13的密封。

在根据本发明的一个特定实施例中，如图2a和2b所示，催化反应器10的反应区13包括在结构上彼此独立的多个催化模块15。反应区13可包含1至35个催化模块15，优选地2至20个催化模块。若干催化模块15的存在还使得可以设想在发生故障时将其中一个阻断，同时继续在其他催化模块上运行该系统。优选地，每个催化模块具有相同的结构和形状（或者具有矩形横截面或者构造并配置成圆柱体的扇区）。

当根据本发明的装置包括多个催化模块15时，所述反应器包括至少一个空的空间27，该空的空间27位于反应区13外部、在第一催化模块15的第一侧壁23和与第一催化模块15相邻的第二催化模块15的第二侧壁24之间，并且通向所述环形区30。在该实施例中，在第一催化模块15的第一侧壁23的内部止挡件32和与第一催化模块相邻的第二催化模块15的第二侧壁24（如图2a或2b所示）的内部止挡件33之间限定的最小距离“d_min”（其形成空的空间27）至少为30厘米，优选地至少为50厘米。

以与前述实施例相同的方式，空的空间27包括沿垂直轴线（AX）延伸的至少一个实心网26，其定位成邻近收集管29。实心网26的技术特征与如上所述的实心网的技术特征相同。

应注意，催化剂可以是固定催化剂床反应器或移动催化剂床反应器，即催化剂连续地被引入反应器并从反应器抽出。在反应器是移动催化剂床反应器的特定实施例中，催化剂可以经由位于催化模块的上部18中的入口管道17引入催化模块15中。它可以经由位于催化模块下部中的出口管道19从催化模块15排出。

因此，根据本发明的催化反应器使得可以实现高PPH值的目标以优化该方法的反应性能，同时提供注重实际的、可调节的、易于维护的机械设计并且包括少量的催化剂。

方法

根据本发明的反应器可用于具有气态流体的径向流通的反应，例如，用于烃原料的催化重整的反应、烯烃骨架异构化、用于生产丙烯的复分解反应，低聚物裂解反应。

更具体地，本发明还涉及一种使用根据本发明的反应器催化重整烃原料的方法。根据本发明的反应器确实可用在用于重整汽油和生产芳族化合物的方法中。重整方法使得可以增加源自原油蒸馏和/或其他精炼方法（诸如例如催化裂化或热裂化）的汽油馏分的辛烷值。生产芳烃的方法提供了可用在石油化学工业中的基础产物（苯、甲苯、二甲苯）。这些方法具有额外的益处，有助于生产大量的氢，这对于精炼厂加氢处理或加氢转化过程是必需的。

待处理的原料通常含有每分子含有5-12个碳原子的链烷烃、环烷烃和芳烃。尤其通过其密度和其重量组成来限定该原料。这些原料的初沸点可以在40℃至70℃之间，且终沸点在160℃至220℃之间。它们也可以由具有的初沸点和终沸点在40℃和220℃之间的汽油馏分或汽油馏分的混合物形成。因此，待处理的原料也可以由具有的沸点在160℃和200℃之间的重石脑油形成。

通常，在氢存在下将原料引入反应器中，并且有原料的氢/烃摩尔比通常在0.1至10之间，优选地在1至8之间。重整的操作条件通常如下：温度优选地在400℃和600℃之间，更优选地在450℃和540℃之间，并且压力优选地在0.1MPa和4MPa之间，更优选地在0.25MPa和3.0MPa之间。所产生的全部或部分氢可在重整反应器的入口处再循环。待处理的烃原料的流量与催化剂的质量之比大于或等于20h^-1，优选地大于或等于50h^-1、更优选地大于或等于100h^-1，且甚至更优选地大于或等于200h^-1。

在图5中示出反应器的第一实施例，反应器具有向心的径向流通（即气流从腔室的周边流向腔室的中心）。在运行中，气态形式的烃原料或者通过反应器的底部或者通过反应器的顶部注入环形区30中，且然后通过所述至少一个催化模块15的外壁21，且然后基本上径向地通过位于所述催化模块15中的催化剂颗粒床。在催化模块15中，使气态流体与催化剂接触以产生通常为气态的反应排出物，该反应排出物被收集在收集管29的空间中，其然后或者在反应器顶部处（当原料在反应器底部处被引入时）或在反应器底部处（当原料通过反应器顶部被引入时）被抽出。

根据本发明的反应器的另一个实施例（在图6中示出）是具有离心的径向流通的反应器（即，气流从腔室的中心流向腔室的周边）。在运行中，气态形式的烃原料或者通过反应器的顶部或者通过反应器的底部经由催化模块15的内壁22被引入。原料通过内壁22扩散并且基本上径向地通过催化模块15内的催化剂床。反应排出物在作为收集管的环形区30中被收集，且然后在反应器顶部处（当原料在反应器底部处被引入时）或者在反应器底部处（当原料在反应器顶部处被引入时）被抽出。

Claims

1.一种具有烃原料的径向流的催化反应器（10），所述反应器包括：

- 用于引入待处理的所述原料的至少一个引入装置；

- 用于排出由催化反应产生的排出物的至少一个排出装置；

- 封闭在基本上圆柱形的外壳（14）中的反应区（13），其为沿垂直轴线（AX）延伸的至少一个催化模块（15）的形式，所述催化模块（15）包括：

o至少一个催化剂床（16）；

o至少一个外壁（21）和至少一个内壁（22），其分别对于待处理的原料和由催化反应产生的排出物是可渗透的；

o至少一个第一侧壁（23）和至少一个第二侧壁（24），它们对于待处理的原料是不可渗透的；

- 用于支撑所述催化模块（15）的至少一个支撑装置（25）；

- 用于收集由催化反应产生的排出物的至少一个收集装置（29），其沿垂直轴线（AX）延伸，与所述催化模块（15）的所述外壁（21）或所述内壁（22）连通；

- 位于反应区（13）外部的与所述催化模块（15）处于相同水平的环形区（30），

所述催化反应器的特征在于：

- 当所述催化反应器包括单个催化模块（15）时，所述反应器包括位于反应区（13）外部的、在所述催化模块（15）的第一侧壁（23）和第二侧壁（24）之间的空的空间（27），并且其通向所述环形区（30），

- 当所述催化反应器包括多个催化模块（15）时，所述反应器包括位于反应区（13）外部的、在第一催化模块（ 15）的第一侧壁（23）和与第一催化模块（15）相邻的第二催化模块（15）的第二侧壁（24）之间的至少一个空的空间（27），并且其通向所述环形区（30），

所述空的空间（27）包括沿垂直轴线（AX）延伸并且定位成与收集装置（29）相邻的至少一个实心网（26）。

2.根据权利要求1所述的催化反应器，其特征在于，所述催化模块（15）基本上构造并配置成圆柱体的扇区。

3.根据权利要求1所述的催化反应器，其特征在于，所述催化模块（15）具有矩形横截面。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的催化反应器，其特征在于，所述催化模块（15）的所述外壁（21）和内壁（22）包括约翰逊型筛网。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的催化反应器，其特征在于，其包括在结构上彼此独立的多个催化模块（15）。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的催化反应器，其特征在于，其包括单个催化模块（15）。

7.根据权利要求6所述的催化反应器，其特征在于，在反应区（13）外部测量的、限定在催化模块（15）的第一侧壁（23）的内部止挡件（32）和催化模块（15）的第二侧壁（24）的内部止挡件（33）之间的、形成空的空间（27）的最小距离“d_min”至少为30cm。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的催化反应器，其特征在于，它包含2至35个催化模块（15）。

9.根据权利要求8所述的催化反应器，其特征在于，其包括在反应区（13）外部测量的、限定在第一催化模块（15）的第一侧壁（23）的内部止挡件（32）和相邻的催化模块（15）的第二侧壁（24）的内部止挡件（33）之间的、形成空的空间（27）的最小距离“d_min”，最小距离“d_min”至少为30cm。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的催化反应器，其特征在于，所述催化模块（15）的催化剂床（16）的厚度小于或等于500mm。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的催化反应器，其特征在于，所述实心网（26）是呈金属板的形式。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的催化反应器，其特征在于，所述催化模块（15）还包括：

- 位于所述催化模块的上部（18）中的至少一个催化剂入口装置（17）；

- 位于所述催化模块的下部（20）中的至少一个催化剂出口装置（19）。

13.一种使用根据权利要求1至12中任一项所述的催化反应器来催化重整烃原料的方法，其中：

- 所述排出物在通过收集管后被抽出。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，待处理的烃原料的流量与催化剂的质量之比大于或等于20h^-1。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述方法在400℃至600℃之间的温度下，0.1MPa至4MPa之间的压力下并且待处理的原料的氢/烃摩尔比为0.1至10之间的情况下进行。