CN110719810A - 用于具有流化床的脱氢反应器的催化剂分配器 - Google Patents

用于具有流化床的脱氢反应器的催化剂分配器 Download PDF

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CN110719810A CN201880036395.7A CN201880036395A CN110719810A CN 110719810 A CN110719810 A CN 110719810A CN 201880036395 A CN201880036395 A CN 201880036395A CN 110719810 A CN110719810 A CN 110719810A
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斯坦尼斯拉夫·米哈伊洛维奇·科马罗夫
阿列克谢·亚历山德罗维奇·克雷克尔
亚历山德拉·斯坦尼斯拉沃芙娜·哈尔琴科
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Abstract

本发明涉及一种用于对C3‑C5石蜡烃进行脱氢以生产烯烃的设备。提供一种催化剂和输送气体分配器，包括沿反应器和/或再生器的轴线设置且具有向上的催化剂和输送气体的混合物的料流的输送管(1)，所述输送管连接至膨胀器(2)，所述膨胀器通过连接管(10，20)与具有向下的催化剂和气体的混合物的料流的垂直竖管(7，24)相连。所述竖管的底端位于流化床的上部。所述膨胀器包括具有顶盖(4)和底盖(5)的圆柱形壳体(3)。所述连接管通过其顶端连接到设置在壳体的圆柱形部分中的开口(8，9)。至少一个输送气体排出口设置在催化剂排出口和顶盖(4)之间，并且管(1)设计为膨胀器的一部分。所述分配器提高了烃的收率，减少了催化剂的损失量，防止了整片式焦炭在分配器的结构元件上的沉积以及反应器和再生器内部的腐蚀，并降低了输送气体的流速以及稳定了设备的运行。

Description

用于具有流化床的脱氢反应器的催化剂分配器
技术领域
本发明涉及化学工程领域，并且可用于分配在反应器-再生器系统中循环的催化剂，该反应器-再生器系统用于将C3-C5石蜡烃脱氢为相应的烯烃。
背景技术
存在已知的用于分配在反应器-再生器系统中循环的催化剂和输送气体的现有技术设备，其中，该反应器-再生器系统用于在具有分隔栅格的催化剂流化床中对C3-C5石蜡烃进行脱氢(I.L.Kirpichnikov，V.V.Beresnev，L.M.Popov，“合成橡胶工业主要生产工艺方案集(Album of technological schemes of the main production of the syntheticrubber industry)”，Leningrad：Khimia，1986，第8-12页；专利RU 2601002，国际专利分类(IPC)：B01J8/04、С07С5/333，2016年10月27日公开)。这些设备位于流化床液面之上的反应器和/或再生器的上部中，并且包括位于输送管的上端之上的圆锥形或椭圆形的挡板盘，该输送管具有向上流动的催化剂和输送气体的混合物的料流。已知的催化剂和输送气体分配器的缺点包括在分配器的出口处催化剂颗粒可能被反应器和/或再生器的气流捕获，这导致来自于反应器-再生器系统的催化剂的夹带(entrainment)(损失)增加。该分配器的缺点还在于：当催化剂主要进料到流化床的中部时，由于催化剂在流化床的横截面上的不均匀分布，因而在反应器和再生器的流化床的上部中存在明显的热不规则性，从而降低了烯烃的收率。
由于催化剂和输送气体被供应至流化床的几乎一个点处(至反应器和再生器的流化床的中心部分)的事实，锥形挡板盘形式的催化剂和输送气体分配器在流化床液面以下(below the level)的位置(专利RU 2591159，IPC：С07С5/333、B01J8/00，2016年7月10日公开)不会改善上文所述的情况。
存在已知的用于反应器-再生器系统的催化剂和输送气体分配器(专利RU2129111，IPC：С07С5/333，1999年4月20日公开；专利RU 2301107，IPC：С07С5/333、B01J8/04，2007年6月20日公开)，其中，该反应器-再生器系统用于具有分隔栅格的流化床中的C3-C5石蜡烃的脱氢，所述分配器包括沿反应器和/或再生器的轴线设置的垂直输送管，该垂直输送管具有催化剂和输送气体的混合物的向上的料流，该垂直输送管与膨胀器连接，该膨胀器在输送管的顶端与输送管同轴安装，膨胀器通过连接管与竖管连接，竖管具有催化剂和输送气体混合物的向下的料流，其中，竖管的底端位于在顶部分隔栅格之上的催化剂流化床的液面下方。
最接近的技术方案是(专利RU 2301107，IPC：С07С5/333、B01J8/04，2007年6月20日公开)。
然而，由于分配流与流化床的混合与接触有限，因此催化剂和输送气体以紧凑型喷射流的形式向流化床的多个局部点的供应是低效的，特别是在高功率(大直径)的设备中。分配流没有覆盖流化床的整个横截面，这决定了流化床中大的热不规则性、烯烃的低收率以及增加的催化剂损失，伴随催化剂和输送气体的分配流对流化床造成的局部干扰。在这种情况下，由于离开竖管的催化剂和输送气体的混合物的紧凑喷射流的作用，观察到了反应器和/或再生器的顶部分隔栅格的腐蚀。反应器中已知的分配器的椭圆形膨胀器的顶部的表面(该表面被来自再生器的过热催化剂流加热到高温)被整片的焦炭覆盖，焦炭的碎片落入流化床中，扰乱了反应器的运行。在催化剂和输送气体沿分配器的整个路径的组合流动期间，已知分配器的增加的液压阻力(hydraulic resistance)决定了输送气体的高流速以在反应器-再生器系统中提供所需量的催化剂循环，并且也限制了控制循环的可能性，这导致了脱氢单元操作模式的不稳定性以及烯烃收率的减少。
发明内容
本发明的目的在于提高烯烃的收率，减少催化剂损失，消除分配器设计元件上的整片式焦炭沉积以及反应器和再生器内部的腐蚀，降低输送气体流速和以最佳模式稳定了脱氢单元的运行。
为了解决这个问题，提出了一种用于反应器-再生器系统的催化剂分配器，该反应器-再生器系统用于在具有分隔栅格的流化床中对C3-C5石蜡烃进行脱氢，催化剂分配器包括沿反应器和/或再生器的轴线设置的垂直输送管1，该垂直输送管1具有向上的催化剂和输送气体的混合物的料流，输送管连接至膨胀器2，膨胀器2与输送管同轴安装，膨胀器通过连接管10与垂直竖管7连接，竖管的底端位于流化床的上部中，其中，膨胀器2包括具有顶盖4和底盖5的圆柱形壳体3，其中，连接管10在其顶端与位于壳体3的圆柱形部分中的催化剂排出口8连接，其中，至少一个输送气体排出口设置在催化剂排出口8和顶盖4之间，其中，输送管1设计为膨胀器2的一部分，并且，其中，输送管1的顶端18位于所述至少一个输送气体排出口和膨胀器2的顶盖4之间。
输送气体排出口可以设计成闸门19的环形间隙14的形式，该闸门19在膨胀器2的顶盖4和壳体3之间。
闸门19可由外壳13形成，该外壳通过其顶端连接到膨胀器2的顶盖4，该外壳与膨胀器2的壳体3同轴，在外壳13和膨胀器2的壳体3之间形成环形间隙14，其中，膨胀器2的顶盖4可位于膨胀器2的壳体3的上边缘上方，并形成水平的环形间隙15。
膨胀器2的壳体3的直径与输送管1的直径之比可在3.0至5.0的范围内。
反应器的膨胀器2的顶盖4可以是圆锥体形状，该圆锥体的母线从水平位置向下倾斜的角度在10°至40°的范围内。
挡板锥体6可在输送管1的顶端18上方并与之同轴地通过其底部连接至膨胀器2的顶盖4上，该锥体的母线从水平位置向上倾斜的角度在10°至40°的范围内。
反应器的膨胀器2的底盖5可以是椭圆形或圆锥体形。
竖管7的数量可以是4至12个。
挡板盘12，25布置在各个竖管7的底端下方，与竖管7同轴并有间距。
挡板盘12，25可以水平安装。
挡板锥体26可在竖管7的底端下方并与之同轴，通过其底部连接至挡板盘25，其圆锥体的母线从水平位置向下倾斜10°至40°的角度。
挡板盘12可以是圆锥体的形状，并且安装成其圆锥体母线从水平位置向下倾斜5°至45°的角度。
挡板盘12、25的直径与反应器和/或再生器的直径之比可以在0.02至0.05的范围内。
挡板锥体26的底部直径与竖管7的直径之比可以在0.3至1.0的范围内。
可在催化剂排出口8的下方设置气体分配器20，其提供气体用于在膨胀器2的底部中流化催化剂。
连接管10可具有截锥体形的扩展部分11，该扩展部分11通过其大一些的底部连接至催化剂排出口8。
连接管10可以从水平位置向下成45°至80°的角度设置。
可在膨胀器2的底盖5中安装用于排空膨胀器的开放管21。
每个竖管7均可具有用于吹扫竖管的喷管16、22和23。
其中，喷管16、22和23可位于竖管7的顶部和底部中。
喷嘴16、22和23可以水平位置向上30°至50°的角度来安放。
每个竖管7上的喷管16、22和23可连接至用于测量上方的喷管与下方的喷管之间的压降的装置9、24和28。
附图说明
图1示出了根据本发明所提出的用于C3-C5石蜡烃的脱氢的反应器-再生器系统中的催化剂分配器的可能变型。分配器由输送管1、包括圆柱形壳体3、顶盖4和底盖5的膨胀器2组成，分配器优选配置为椭圆形或圆锥形。膨胀器2的壳体3的直径与输送管1的直径之比在3.0至5.0的范围内，该取值范围使得能够充分有效地分离膨胀器体积内的催化剂和输送气体。顶盖挡板锥体6连接至顶盖4，该挡板锥体的母线从水平位置向上倾斜的角度在10°至40°的范围内。膨胀器2通过圆柱形壳体3中的开口8经由连接管10连接至竖管7，该连接管具有截锥体形且位于膨胀器2的催化剂出口处的扩展部分11。圆锥形挡板盘12或具有挡板锥体26的扁平挡板盘25水平地连接至各个竖管7的底端并且与竖管有间距，其中，该挡板锥体26其锥体的母线从水平位置向下倾斜10°至40°的角度并通过其底部连接至挡板盘25。挡板盘12或25的直径与反应器和/或再生器的直径之比在0.02至0.05的范围内，并且挡板锥体26的底部直径与竖管7的直径之比在0.3至1.0的范围内。在图1中，出于说明的目的，所提出的各种类型的挡板盘是任意示出的，尽管特定分配器的设计考虑了在所有竖管上使用为此分配器所选择的相同的挡板盘。沿竖管7的高度，在其上部和下部中分别设有用于吹扫竖管的喷管16、22和23，这些喷管以水平位置向上30°至50°的角度设置。喷管16、22和23连接至用于测量这些喷管之间的压降的装置9、24和28。外壳13连接至顶盖4，形成在外壳13、顶盖4和膨胀器2的圆柱形壳体3之间的、具有环形间隙14的闸门19。外壳的下端17，以及相应地，进入环形间隙14(输送气体排出口)的气体入口位于输送管1的顶端18的下方。顶盖4安装在膨胀器2的壳体3的上方，并留有间隙15。在催化剂排出口8下方的膨胀器2的底部中设置气体分配器20，用于提供气体在膨胀器的底部中流化催化剂。在底盖5中安装在关机期间用于排空膨胀器的开放管21。顶盖4的内表面、挡板锥体6和外壳13可由抗腐蚀涂层27来保护。
所提出的分配器按下文操作。在反应器-再生器系统中循环的催化剂和输送气体的混合物的向上的料流通过输送管1进入膨胀器2，在顶盖4和挡板锥体6的表面上，该输送流方向反转。当气体流入环形间隙14中时，膨胀器2中输送气体的流动方向从垂直向下到水平径向的随后变化有助于气体和催化剂流的分离。催化剂在膨胀器的底部中沉降，在通过分配器20供应的气体的影响下，催化剂在膨胀器的底部中处于流化状态，并且输送气体通过闸门19离开膨胀器。然后，催化剂通过位于同一高度的出口8，并经由连接管10，沿竖管7进行分配，该连接管10具有圆锥形的扩展部分11，该扩展部分11通过其大一些的底部连接至开口8。催化剂在竖管中向下流动形式的移动是由如下区域中的连接管和竖管中的催化剂层的静水压头压力来提供的：从催化剂通过开口8进入连接管的入口的高度至催化剂通过竖管7的底端排入流化床的高度。如图1所示，所提出的分配器的设计应使得安装在竖管7底端下方的圆锥体形状的挡板盘12与竖管7同轴设置并与之有间距，该挡板盘其圆锥体的母线从水平位置向下倾斜5°至45°的角度，该设计确保了连续的径向扇形喷射流的循环催化剂沿圆锥体整个外边缘不受阻碍地进给到流化床中。作为通过喷管16、22和23用于吹扫竖管的气体以及通过分配器20用于在膨胀器2中流化催化剂的气体，可以在反应器中使用任何惰性气体(天然气、氮气等)，而在再生器中则使用空气。用于测量竖管中的压降的装置(其安装在各个竖管7上)允许由测得的压降来确定每个竖管中催化剂的量以及每个竖管7的催化剂流的浓度，从而相应地评估在反应器-再生器系统中循环的催化剂在竖管之间的分布均匀性，在设备运行期间对催化剂分配系统中的故障进行诊断，并在必要时用增加的气体流速吹扫竖管7。输送气体通过闸门19(通过环形间隙14和环形间隙15)离开膨胀器2，并以径向扇形喷射流的形式进入流化床上方的空间，其在反应器和/或再生器的分离区中均匀分布。这防止了由来自再生器的过热输送气体与过热催化剂一起在反应器的分离区中所引起的局部过热，从而防止了所获得的烯烃的分解。取决于设备的功率，可接受的催化剂的分布均匀性由所要求保护的竖管7的数量(4至12个)和所要求保护的分配器的结构元件的尺寸范围来提供。同时实现的催化剂的均匀分布确保了在反应器和/或再生器中的催化剂输入的高温区域中流化床所需的等温水平，这导致烯烃的收率增加。输送气体从膨胀器2排入分离区，绕过流化床，从而减少了催化剂在流化床中的夹带，并消除了反应器和再生器内部的腐蚀。膨胀器2的顶盖4的圆锥体形状(其圆锥体的母线从水平位置向下倾斜10°至40°的角度)消除了整片式焦炭在其表面上的沉积。
所要求保护的催化剂和输送气体分配器的结构元件的尺寸范围还减小了分配器的流路的液压阻力，从而改善了在反应器再生器系统中实现所需催化剂循环量的条件，降低了输送气体的流速，以及因改善的催化剂循环控制而稳定了脱氢单元的运行。当催化剂以向下流的方式流经竖管时，连接管10的倾斜设置(优选水平位置向下成45°至80°的角度)以及用于吹扫竖管7的气体供应提供了催化剂的必要流动性。所提出的催化剂分配器的设计允许用于吹扫竖管7的辅助气体的额外受控供应，从而实现了进入流化床的催化剂径向喷射流的流速的增加，并因此改善了流化床体积内的循环催化剂的分布。在这种情况下，通过控制相对少量的用于吹扫竖管的气体的流速，可以控制流化床上部的热不均匀性。膨胀器2的顶盖4的圆锥体形状(当在反应器中使用时)防止了整片焦炭在膨胀器的顶盖4的表面上的沉积。由于排除了垂直方向的催化剂喷射流，故反应器和再生器的分隔栅格不会受到腐蚀磨损。
因此，技术效果为：与已知设计相比，所提出的用于在反应器-再生器系统(该反应器-再生器系统用于C3-C5石蜡烃脱氢)中循环的催化剂的催化剂分配器的设计提供了如下优点：提高了烯烃的收率，减少了催化剂损失，消除了在分配器设计元件上的整片式焦炭沉积以及反应器和再生器内部的腐蚀，降低了输送气体的流速，并以最佳模式稳定了脱氢设备的运行。
具体实施方式
以上公开的实施方式是本发明的最佳实施方式。
工业适用性
催化剂分配器可用于分配在反应器-再生器系统中循环的催化剂，该反应器-再生器系统用于将C3-C5石蜡烃脱氢成相应的烯烃。

Claims (22)

1.一种用于反应器-再生器系统的催化剂分配器，所述反应器-再生器系统用于在具有分隔栅格的流化床中对C3-C5石蜡烃进行脱氢，其中，所述催化剂分配器包括垂直输送管(1)，所述垂直输送管(1)沿反应器和/或再生器的轴线设置，具有向上的催化剂和输送气体的混合物的料流，所述输送管连接至膨胀器(2)，所述膨胀器(2)与所述输送管同轴地安装，所述膨胀器通过连接管(10)与垂直竖管(7)连接，所述竖管的底端位于所述流化床的上部，其特征在于，所述膨胀器(2)包括具有顶盖(4)和底盖(5)的圆柱形壳体(3)，所述连接管(10)在其顶端与位于所述壳体(3)圆柱形部分的催化剂排出口(8)连接，至少一个输送气体排出口布置在所述催化剂排出口(8)和所述顶盖(4)之间，所述输送管(1)设计为所述膨胀器(2)的一部分，所述输送管(1)的顶端(18)位于所述至少一个输送气体排出口和所述膨胀器(2)的所述顶盖(4)之间。
2.根据权利要求1所述的分配器，其特征在于，所述输送气体排出口设计成闸门(19)的环形间隙(14)的形式，所述闸门在所述膨胀器(2)的所述顶盖(4)和所述壳体(3)之间。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的分配器，其特征在于，所述闸门(19)由外壳(13)形成，所述外壳通过其顶端连接至所述膨胀器(2)的所述顶盖(4)，并与所述膨胀器(2)的所述壳体(3)同轴，在所述外壳(13)和所述膨胀器(2)的所述壳体(3)之间形成有环形间隙(14)，所述膨胀器(2)的所述顶盖(4)位于所述膨胀器(2)的所述壳体(3)的上边缘上方，形成有水平的环形间隙(15)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的分配器，其特征在于，所述膨胀器(2)的所述壳体(3)的直径与所述输送管(1)的直径之比在3.0至5.0的范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的分配器，其特征在于，所述反应器的所述膨胀器(2)的所述顶盖(4)具有圆锥体形状，所述圆锥体的母线从水平位置向下倾斜10°至40°的角度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的分配器，其特征在于，挡板锥体(6)在所述输送管(1)的顶端(18)的上方且与所述输送管同轴，通过其底部连接至所述膨胀器(2)的所述顶盖(4)，所述挡板锥体的锥体母线从水平位置向上倾斜10°至40°的角度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的分配器，其特征在于，所述反应器的所述膨胀器(2)的所述底盖(5)为椭圆形或圆锥体形。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的分配器，其特征在于，所述竖管(7)的数量为4至12个。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的分配器，其特征在于，挡板盘(12)、(25)布置在各所述竖管(7)底端下方，与所述竖管(7)同轴并有间距。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的分配器，其特征在于，所述挡板盘(12)、(25)水平安装。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的分配器，其特征在于，挡板锥体(26)在所述竖管(7)底端下方并与所述竖管(7)同轴，通过其底部连接至所述挡板盘(25)，所述挡板锥体的锥体母线从水平位置向下倾斜10°至40°的角度。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的分配器，其特征在于，所述挡板盘(12)为圆锥体形，安装成其圆锥体的母线从水平位置向下倾斜5°至45°的角度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的分配器，其特征在于，所述挡板盘(12)、(25)的直径与所述反应器和/或再生器的直径之比在0.02至0.05的范围内。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的分配器，其特征在于，所述挡板锥体(26)的底部直径与所述竖管(7)的直径之比在0.3至1.0的范围内。
15.根据权利要求1和14中任一项所述的分配器，其特征在于，在所述催化剂排出口(8)的下方设置有气体分配器(20)，所述气体分配器(20)用于提供气体在所述膨胀器(2)底部中流化催化剂。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的分配器，其特征在于，所述连接管(10)具有截锥体形的扩展部分(11)，所述扩展部分(11)通过其大一些的底部连接至所述催化剂排出口(8)。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的分配器，其特征在于，所述连接管(10)以从水平位置向下45°至80°的角度设置。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的分配器，其特征在于，在所述膨胀器(2)的所述底盖(5)中安装有用于排空所述膨胀器的开放管(21)。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的分配器，其特征在于，各所述竖管(7)均具有用于吹扫所述竖管的喷管(16)、(22)和(23)。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的分配器，其特征在于，所述喷管(16)、(22)和(23)位于所述竖管(7)的顶部和底部。
21.根据权利要求1至19中任一项所述的分配器，其特征在于，所述喷管(16)、(22)和(23)以从水平位置向上30°至50°的角度设置。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的分配器，其特征在于，各所述竖管(7)上的所述喷管(16)、(22)和(23)连接至用于测量上方的喷管与下方的喷管之间的压降的装置(9)、(24)和(28)。
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