CN116803480A - 一种双粒流催化剂反应单元、装置、系统和耦合方法 - Google Patents
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Abstract
一种双粒流催化剂反应单元、装置、系统和耦合方法，包括底部具有进口和顶端具有出口的第一反应器，第一反应器的一侧设置有用于通入重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的倾斜管，所述第一反应器包括位于其下部且纵截面为上大下小锥形结构的混合缓冲区和位于其上部且纵截面为上小下大锥形结构的带出调控区，倾斜管与混合缓冲区连通且其底端倾斜向下将重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合送到混合缓冲区的底部，并在提升气的作用下，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂在混合缓冲区和带出调控区之间形成均匀密相床层区。本发明，避免重颗粒催化剂在第一反应器底部沉淀形成沉淀区，使重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合均匀，提高了两者的传热效率。
Description
技术领域
本发明涉及双粒流催化剂耦合技术领域，具体地说是一种双粒流催化剂反应单元、装置、系统和耦合方法。
背景技术
流化床反应器中的化学反应大多都伴随着热效应，导致反应器中床层温度发生显著变化，进而使反应器内化学反应温度偏离最优温度，最终导致转化率或者产品选择性变差。现有技术中，通过气相或者液相流体载热体将反应器中化学反应所需的热量或者其产生的过剩热量以间壁传热的方式导入或导出反应器，将供热或者取热后的载热体输送到加热器或者冷却器中进行升温或者降温，然后再循环回到反应器中。此方法增加了设备投资费用，同时，载热体输送过程的热损失以及对载热体进行加热或者冷却造成了能量浪费。
因此，本申请人于2021年申请的专利提供了双颗粒催化剂耦合催化方法及反应系统，在同一反应系统中发生两种化学反应。具体地，重颗粒催化剂与轻颗粒催化剂在第一反应器中混合，重颗粒催化剂参与第一化学反应，轻颗粒催化剂为第一化学反应供热或者取热，使轻颗粒催化剂降温或者升温，即保证了第一反应器内反应床层的温度，又使轻颗粒催化剂在进入第二反应器内达到理想的温度，可实现热量的高效利用避免热量浪费，减少设备投资。但是，在实际应用过程中，重颗粒催化剂易沉积在第一反应器的底部形成重颗粒催化剂沉积区，沉积区内重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的混合效果较差，导致两者的传热效率较低；即便重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂在第一反应器的外部以一定比例混合均匀进入第一反应器，但是由于两者的物性不同，工作一段时间后，重颗粒催化剂仍然会沉积在第一反应器底部形成沉积区，导致两者的传热效率较低。若只通过增加通入第一反应器的提升气气速来避免形成沉积区，会导致轻颗粒催化剂未完成传热就被吹出第一反应器，进而导致两者的传热效率低。
发明内容
为了解决现有技术中重颗粒催化剂在第一反应器底部形成沉积区造成重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合不均匀的问题，本发明提供一种双粒流催化剂反应单元、装置、系统和耦合方法，避免重颗粒催化剂在第一反应器底部沉淀形成沉淀区，使重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合均匀，提高了两者的传热效率。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种双粒流催化剂反应单元，包括底部具有进口和顶端具有出口的第一反应器，进口包括用于供提升气进入第一反应器的进气口和用于第一反应原料进入第一反应器的进料口，第一反应器的一侧设置有用于通入重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的倾斜管，所述第一反应器包括位于其下部且纵截面为上大下小锥形结构的混合缓冲区和位于其上部且纵截面为上小下大锥形结构的带出调控区，倾斜管与混合缓冲区连通且其底端倾斜向下将重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合送到混合缓冲区的底部，并在提升气的作用下，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂在混合缓冲区和带出调控区之间形成均匀密相床层区。
作为上述一种双粒流催化剂反应单元的一种优化方案：所述带出调控区内设置有两端开口且沿第一反应器高度方向延伸的内输送管，带出调控区一侧靠近其底部的位置设置有用于向带出调控区内通入提升气的补气管。
作为上述一种双粒流催化剂反应单元的另一种优化方案：所述内输送管的顶部向中心靠拢形成内缩部，内输送管的底部向外部扩展形成外扩部，且外扩部的底端靠近均匀密相床层区的界面。
作为上述一种双粒流催化剂反应单元的另一种优化方案：所述内输送管、出口和进气口同轴设置。
作为上述一种双粒流催化剂反应单元的另一种优化方案：所述混合缓冲区的底部为球面状结构。
作为上述一种双粒流催化剂反应单元的另一种优化方案：所述倾斜管的底端朝向进气口位置。
作为上述一种双粒流催化剂反应单元的另一种优化方案：所述倾斜管与第一反应器轴向形成的锐角为30-60°。
一种双粒流催化剂反应装置，包括反应单元，反应单元连接有位于其上方且顶端开口的第二反应器，第二反应器的底部设置有用于向其内部通入第二化学反应原料的原料入口，所述反应单元为上述的反应单元，第二反应器与第一反应器的出口相连接。
一种双粒流催化剂反应系统，包括串联形成闭环的反应装置、位于反应装置上方的沉降器和位于反应装置一侧的再生器单元，所述反应装置为上述的反应装置，沉降器与第二反应器的出口相连接，再生器单元包括相互连通的第一再生器和第二再生器，并且第二再生器位于第一再生器的上方，第一再生器与沉降器相连接，同时，第一再生器和第二再生器均与倾斜管相连接；第一再生器的底部设置有用于通入主风的进风口，使轻颗粒催化剂进入第二再生器内、重颗粒催化剂留在第一再生器内。
作为上述一种双粒流催化剂反应系统的一种优化方案：第一再生器通过第一斜管与倾斜管相连接，第二再生器通过第二斜管与倾斜管相连接，且第一斜管和第二斜管上设置有控量阀门。
作为上述一种双粒流催化剂反应系统的另一种优化方案：所述沉降器和第一再生器之间通过待生斜管相连通，且待生斜管上设置有待生阀门，沉降器内失活的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经待生斜管进入第一再生器。
作为上述一种双粒流催化剂反应系统的另一种优化方案：所述第一再生器的底部设置有用于补充重颗粒催化剂的补料口，第二再生器的底部设置有用于补充轻颗粒催化剂的补料口。
作为上述一种双粒流催化剂反应系统的另一种优化方案：所述第二再生器的底端朝向其中心内缩形成锥形区，锥形区的底端与第一再生器的上端口相连接。
一种双粒流催化剂耦合方法，该方法基于权利要求8-12所述的一种双粒流催化剂反应系统，包括以下步骤：
S1，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经过再生单元进入第一反应器中，重颗粒催化剂用于催化第一化学反应，使第一反应原料转化为第一反应产物，轻颗粒催化剂为第一化学反应供热或者取热后进入第二反应器，使第二反应原料转化为第二反应产物；
S2，失活后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经过沉降器后输送到再生单元再生；
S3，再生后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入第一反应器；
S1中，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入混合缓冲区时的流动方向与第一反应器的轴向形成的锐角为20-70°，进入流速为0.5-3m/s，通过进气口进入第一反应器的提升气的流速为0.1-1m/s；S2中，补气管向内输送管内通入提升气，保证带出重颗粒催化剂进入沉降器内，补气管内的提升气流速为1-10m/s，朝向为竖直向上；第一再生器底部通入主风的流速为0.5-2m/s，朝向为竖直向上。
作为上述一种双粒流催化剂反应耦合方法的一种优化方案：所述重颗粒催化剂的粒径大于轻颗粒催化剂的粒径，且重颗粒催化剂的重量大于轻颗粒催化剂的重量。
作为上述一种双粒流催化剂反应耦合方法的另一种优化方案：所述重颗粒催化剂在第一再生器内再生，所述轻颗粒催化剂一部分在第一再生器内再生，另外一部分在第二再生器内再生。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
1、本发明提供了一种双粒流催化剂反应单元、装置、系统和耦合方法，由于混合缓冲区的横截面为上大下小的锥形结构，混合缓冲区底部提升气速度大于混合缓冲区顶部的提升气速度，避免了第一反应器底部形成重颗粒催化剂的沉积区；同时，混合缓冲区内随着高度的增加提升气速度逐渐降低，对倾斜进入混合缓冲区底部的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂起到缓冲作用，减小了其对重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂比例动态平衡的影响；均匀密相床层区内的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合均匀，提高两者的混合效果。
2、本发明中，带出调控区的截面为上小下大的锥形结构，随着高度的增加提升气的速度逐渐增加，同时带出调控区内设置有内输送管，通过补气管向内输送管内通入提升气，能够带出第一反应器内的重颗粒催化剂，使重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂一起进入第二反应器。
3、本发明中，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合进入第一再生器内，通过控制第一再生器内的主风流速使重颗粒催化剂位于第一再生器内、轻颗粒催化剂位于第二再生器内，最后将第一再生器内再生后的重颗粒催化剂和第二再生器内再生后的轻颗粒催化剂按照所需比例再次进入第一反应器内，实现重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的定量循环，即能够控制重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的循环量。
附图说明
图1是本发明反应装置的结构示意图；
图2是本发明反应系统的结构示意图；
附图标记：1、第一反应器，101、带出调控区，1011、补气管，102、密相床层区，103、混合缓冲区，2、第二反应器，3、沉降器，4、待生斜管，5、第一再生器，6、第二再生器，7、第一斜管，8、第二斜管，9、进气口，10、进料口，11、原料入口，12、进风口，13、内输送管，1301、外扩部，1302、内缩部，14、倾斜管。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下各实施例中未详细记载和公开的部分，均应理解为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术，比如沉降器的结构、第一再生器的结构以及第二再生器的结构等。
实施例1
一种双粒流催化剂反应单元，如图1所示，包括底部具有进口和顶端具有出口的第一反应器1，第一反应器1内进行第一化学反应，本实施例中的反应原料为第一反应原料，用于参与第一化学反应；进口包括用于提升气进入第一反应器1的进气口9和用于反应原料进入第一反应器1的进料口10，第一反应器1的一侧设置有用于通入重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的倾斜管14，倾斜管14为管状结构。重颗粒催化剂在第一反应器1内参与第一化学反应，使第一反应原料转化为第一反应产物，同时，重颗粒催化剂失活，轻颗粒催化剂在第一反应器1内为第一化学反应供热或者取热。第一反应器1的横截面为圆形状结构，第一反应器1包括位于其下部且纵截面为上大下小锥形结构的混合缓冲区103和位于其上部且纵截面为上小下大锥形结构的带出调控区101，即混合缓冲区103为顶端直径大于底端直径的且底端封闭顶端开口的圆台状结构；混合缓冲区103内提升气的速度随着第一反应器1的高度增加逐渐降低，其底部的提升气速度大能够带动重颗粒催化剂向上运动，避免重颗粒催化剂在第一反应器1的底部形成沉积区。带出调控区101为顶端直径小于底端直径且两端开口的圆台状结构，混合缓冲区103与带出调控区101同轴设置，带出调控区101内提升气的速度随着第一反应器1的高度增加逐渐增加，便于将失活后的重颗粒催化剂带出第一反应器1。进气口9设置在混合缓冲区103封闭底端的底板的中心位置，进料口10设置在混合缓冲区103靠近底板的侧壁上。混合缓冲区103的底部为球面状结构，即底板为球面状结构。
倾斜管14与混合缓冲区103连通且其底端倾斜向下将重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合送到混合缓冲区103的底部，并在提升气的作用下，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂在混合缓冲区103和带出调控区101之间形成均匀密相床层区102。重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的混合流进入混合缓冲区103内，混合缓冲区103对重颗粒催化剂和轻颗粒催化的混合流起到了缓冲作用，减小了压力波动，进而减小重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂对第一反应器1内两者比例动态平衡的影响，同时，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂倾斜通入混合缓冲区103的底部，在提升气的作用下上升至均匀密相床层区102，增加了混合缓冲区103的扰动，进而避免了重颗粒催化剂在第一反应器1底部形成沉积区；同时，改善重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的混合效果，从而提高两者之间传热效率。
本实施例中，均匀密相床层区102的横截面为矩形结构，其顶端直径等于带出调控区101底端直径，其底端直径等于混合缓冲区103顶端直径，均匀密相床层区102内提升气的速度最小，保证重颗粒催化剂和第一反应原料有足够的时间参与第一化学反应，同时，保证轻颗粒催化剂能够传热充分，提高了传热效率。
本实施例中，出口和进气口9均与第一反应器1同轴设置。
倾斜管14的底端位于靠近混合缓冲区103的底部位置，倾斜管14与第一反应器1轴向形成的锐角为30-60°，使倾斜管14的底端能够朝向混合缓冲区103的底部，避免倾斜管14的底端朝向混合缓冲区103的侧壁上，本实施例中，倾斜管14的底端朝向进气口9位置。
以上为本发明的基本实施方式，可以在以上基础上做进一步改进、优化和限定，从而得到以下各实施例：
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上所做的一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：带出调控区101内设置有两端开口且沿第一反应器1高度方向延伸的内输送管13，本实施例中，内输送管13为圆形管状结构且与带出调控区101同轴，内输送管13的高度小于带出调控区101的高度，即内输送管13的顶端位于第一反应器1出口的下方且与带出调控区101内侧壁之间具有间隙；内输送管13的直径等于第一反应器1出口的直径。带出调控区101一侧靠近其底部的位置设置有用于向带出调控区101内通入提升气的补气管1011，如图1所示，补气管1011向带出调控区101通入提升气，提升气为水蒸气或者干气，进一步增大带出调控区101内提升气的速度，保证轻颗粒催化剂被带出第一反应器1的同时失活的重颗粒催化剂也被带出第一反应器1。
内输送管13的顶部向中心靠拢形成内缩部1302，内输送管13的底部向外部扩展形成外扩部1301，且外扩部1301的底端靠近均匀密相床层区102的界面，需要说明的是，均匀密相床层区102的界面位于密相床层区102顶端的下方，外扩部1301的底端伸入均匀密相床层区102内且位于均匀密相床层区102界面的上方，进一步保证提升气将失活后的重颗粒催化剂带出第一反应器1。
实施例3
一种双粒流催化剂反应装置，包括反应单元，反应单元连接有位于其上方且顶端开口的第二反应器2，第二反应器2的底部设置有用于向其内部通入第二化学反应原料的原料入口11，反应单元为上述实施例2描述的反应单元，第二反应器2与第一反应器1的出口相连接，如图1所示，第二反应器2为管状结构，其内径与第一反应器1出口的直径相等；第二反应器2与第一反应器1同轴设置且沿其高度方向延伸。第二反应器2靠近第一反应器1出口的位置设置有用于通入第二反应原料的原料入口11，第二反应器2内进行第二化学反应，轻颗粒催化剂在第二反应器2内参与第二化学反应，使第二反应原料转化为第二反应产物，同时，轻颗粒催化剂失活。在提升气的作用下，第一化学产物、第二化学产物、失活后的重颗粒催化剂和失活后的轻颗粒催化剂被带出第二反应器2。
实施例4
一种双粒流催化剂反应系统，如图2所示，包括串联形成闭环的反应装置、位于反应装置上方的沉降器3和位于反应装置一侧的再生器单元，反应装置为上述实施例3描述的反应装置，沉降器3与第二反应器2的出口相连接，反应装置内的第一化学产物、第二化学产物、失活后的重颗粒催化剂和失活后的轻颗粒催化剂在提升气的作用下进入沉降器3，并经过沉降器3分离使失活后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合进入再生单元，再生单元用于失活重颗粒催化剂和失活轻颗粒催化剂的再生，并将再生后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂送入第一反应器1内，实现重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的循环。
再生器单元包括位于第一反应器1左侧且相互连通的第一再生器5和第二再生器6，并且第二再生器6位于第一再生器5的上方；第一再生器5与沉降器3相连接，同时，第一再生器5和第二再生器6均与倾斜管14相连接；第一再生器5的底部设置有用于通入主风的进风口12，使轻颗粒催化剂进入第二再生器6内、重颗粒催化剂留在第一再生器5内。即沉降器3分离出来的失活重颗粒催化剂和失活轻颗粒催化剂进入第一再生器5，在主风的作用下，失活重颗粒催化剂和失活轻颗粒催化剂再生，同时，重颗粒催化剂留在第一再生器5，失活轻颗粒催化剂和部分再生轻颗粒催化剂进入第二再生器6，实现重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的分离，然后重颗粒催化剂通过第一再生器5按照反应装置所需的量进入倾斜管14，轻颗粒催化剂通过第二再生器6按照反应装置所需的量进入倾斜管14，在倾斜管14内混合后进入混合缓冲区103，实现重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂在反应系统内的定量循环。
具体地，如图2所示，第一再生器5通过第一斜管7与倾斜管14相连接，第二再生器6通过第二斜管8与倾斜管14相连接，且第一斜管7和第二斜管8上设置有控量阀门，第一斜管7的控量阀门用于控制重颗粒催化剂进入倾斜管14的量，第二斜管8的控量阀门用于控制轻颗粒催化剂进入倾斜管14的量，进而控制重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入第一反应器1的比例，倾斜管14上设置有控制阀门。
沉降器3和第一再生器5之间通过待生斜管4相连通，且待生斜管4上设置有待生阀门，沉降器3内失活的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经待生斜管4进入第一再生器5。
第一再生器5的底部设置有用于补充重颗粒催化剂的补料口，第二再生器6的底部设置有用于补充轻颗粒催化剂的补料口。反应过程中因损耗需要补充的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂分别通过第一再生器5的补料口和第二再生器6的补料口进行补充。
第二再生器6的底端朝向其中心内缩形成锥形区，锥形区的底端与第一再生器5的上端口相连接，即第二再生器6内主风的速度小于第一再生器5内主风的速度。
实施例5
一种双粒流催化剂耦合方法，该方法基于上述实施例4描述的一种双粒流催化剂反应系统，本实施例选用的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的密度相似，重颗粒催化剂的颗粒粒径大于轻颗粒催化剂的粒径，第一化学反应为吸热反应，轻颗粒催化剂温度高于第一反应器1内的温度，包括以下步骤：
S1，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经过再生单元进入第一反应器1中，重颗粒催化剂催化第一化学反应后失活，使第一反应原料转化为第一反应产物，轻颗粒催化剂为第一化学反应供热，保证第一反应器1内温度稳定，轻颗粒催化剂温度降低至第二化学反应所需温度，降温后的轻颗粒催化剂、失活重颗粒催化剂、第一化学产物在提升气的作用下进入第二反应器2，第二化学原料经过原料入口11进入第二反应器2，轻颗粒催化剂参与第二化学反应后失活，使第二反应原料转化为第二反应产物。本实施例中，部分重颗粒催化剂通过内输送管13流出第一反应器1，部分重颗粒催化剂通过内输送管13与带出调控区101侧壁之间的间隙流出。
S1中，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入混合缓冲区103时的流动方向与第一反应器1的轴向形成的锐角为20-70°，进入流速为0.5-3m/s，通过进气口9进入第一反应器1的提升气的流速为0.1-1m/s，本实施例中，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入混合缓冲区103时的流动方向与第一反应器1的轴向形成的锐角为20°，进入流速为0.5m/s，通过进气口9进入第一反应器1的提升气的流速为0.1m/s，避免重颗粒催化剂在第一反应器1底部形成沉积区，且不会把刚进入混合缓冲区103还没来得及传热的轻颗粒催化剂带走，传热效率低，且由于轻颗粒催化剂未传热使其未达到第二化学反应所需的温度，影响第二化学原料的转化。
S1中，补气管1011向带出调控区101内通入提升气，保证带出重颗粒催化剂进入沉降器3内，补气管1011内的提升气流速为1-10m/s，朝向为竖直向上；第一再生器5底部通入主风的流速为0.5-2m/s，朝向为竖直向上。本实施例中，补气管1011内的提升气流速为1m/s，朝向为竖直向上；第一再生器5底部通入主风的流速为0.5m/s，朝向为竖直向上，进一步保证重颗粒催化剂能够流出第一反应器1最终进入第一再生器5再生，使其在本发明中实现循环。
S2，失活后的重颗粒催化剂、失活后的轻颗粒催化剂、第一化学产物和第二化学产物在提升气的作用下进入沉降器3，失活后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经过沉降器3后输送到再生单元再生。重颗粒催化剂在第一再生器5内再生，轻颗粒催化剂一部分在第一再生器5内再生，另外一部分在第二再生器6内再生。
S3，再生后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入第一反应器1。
S2中，第一再生器5底部通入主风的流速为0.5-2m/s，本实施例中，第一再生器5底部通入主风的流速为0.5m/s，朝向为竖直向上。保证轻颗粒催化剂流入第二再生器6、重颗粒催化剂留在第二再生器6内，且通过主风使轻颗粒催化剂和重颗粒催化剂进入第一反应器1。
实施例6
一种双粒流催化剂耦合方法，该方法基于上述实施例4描述的一种双粒流催化剂反应系统，本实施例选用的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的密度相似，重颗粒催化剂的颗粒粒径大于轻颗粒催化剂的粒径，第一化学反应为放热反应，轻颗粒催化剂温度低于第一反应器1内的温度，包括以下步骤：
S1，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经过再生单元进入第一反应器1中，重颗粒催化剂催化第一化学反应后失活，使第一反应原料转化为第一反应产物，轻颗粒催化剂为第一化学反应冷源，即第一化学反应产生的热量由轻颗粒催化剂带出，保证第一反应器1内温度稳定，轻颗粒催化剂温度升至第二化学反应所需温度，升温后的轻颗粒催化剂、失活重颗粒催化剂、第一化学产物在提升气的作用下进入第二反应器2，第二化学原料经过原料入口11进入第二反应器2，轻颗粒催化剂参与第二化学反应后失活，使第二反应原料转化为第二反应产物。本实施例中，部分重颗粒催化剂通过内输送管13流出第一反应器1，部分重颗粒催化剂通过内输送管13与带出调控区101侧壁之间的间隙流出。
S1中，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入混合缓冲区103时的流动方向与第一反应器1的轴向形成的锐角为70°，进入流速为3m/s，通过进气口9进入第一反应器1的提升气的流速为1m/s，避免重颗粒催化剂在第一反应器1底部形成沉积区，且不会把刚进入混合缓冲区103还没来得及传热的轻颗粒催化剂带走，传热效率低，且由于轻颗粒催化剂未传热使其未达到第二化学反应所需的温度，影响第二化学原料的转化。
S1中，补气管1011向带出调控区101内通入提升气，保证带出重颗粒催化剂进入沉降器3内，补气管1011内的提升气流速为10m/s，朝向为竖直向上；第一再生器5底部通入主风的流速为2m/s，朝向为竖直向上，进一步保证重颗粒催化剂能够流出第一反应器1最终进入第一再生器5再生，使其在本发明中实现循环。
S2，失活后的重颗粒催化剂、失活后的轻颗粒催化剂、第一化学产物和第二化学产物在提升气的作用下进入沉降器3，失活后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经过沉降器3后输送到再生单元再生。重颗粒催化剂在第一再生器5内再生，轻颗粒催化剂一部分在第一再生器5内再生，另外一部分在第二再生器6内再生。
S3，再生后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入第一反应器1。
S2中，第一再生器5底部通入主风的流速为2m/s，朝向为竖直向上。保证轻颗粒催化剂流入第二再生器6、重颗粒催化剂留在第二再生器6内，且通过主风使轻颗粒催化剂和重颗粒催化剂进入第一反应器1。
应用例
将实施例6提供的一种双粒流催化剂耦合方法实际应用，第一化学反应为低碳烷烃脱氢反应，第一反应原料为丙烷，重颗粒催化剂为Cr2O3/Al2O3，其性质如表2所示，第二化学反应为催化裂化反应，第二反应原料为加氢蜡油，其性质如表1所示，轻颗粒催化剂为催化裂化平衡剂，其性质如表3所示。重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的混合流进入第一反应器的流速为1m/s，通过进气口进入第一反应器的提升气流速为0.1m/s；通过补气管进入带出调控区的提升气流速为5m/s；主风进入第一再生器的速度为1m/s。该应用例的主要操作条件和产品分布如表4所示。
表1为第二反应原料油性质
| 项目 | 第二反应原料油性质 |
| 密度(20℃)，kg/m3 | 922.1 |
| 馏程，℃ | |
| IBP | 237.4 |
| 10％ | 385.5 |
| 30％ | 423.7 |
| 50％ | 464.0 |
| 70％ | 501.7 |
| 90％ | 544.8 |
| FBP | 598.8 |
| 族组成，w％ | |
| 饱和烃 | 85.89 |
| 芳烃 | 10.82 |
| 胶质+沥青质 | 3.21 |
表2为重颗粒催化剂性质
表3为轻颗粒催化剂性质
| 催化剂类型 | 催化裂化平衡剂 |
| 微反活性 | 64 |
| 表观松密度，g/ml | 0.86 |
| 定碳，％ | 0.01 |
| 表面积，m2/g | 112.4 |
| 孔容，ml/g | 0.30 |
| 主要化学组成，w％ | |
| SiO2 | 46.56 |
| Al2O3 | 44.10 |
| Re2O3 | 3.68 |
| P2O5 | 0.78 |
| 筛分组成，％ | |
| <20μm | 0.11 |
| 20-40μm | 11.52 |
| 40-80μm | 47.22 |
| 80-110μm | 18.26 |
| >110μm | 22.89 |
| 金属含量，mg/kg | |
| Ni | 4364 |
| V | 4112 |
| Fe | 4728 |
| Na | 1862 |
对比例
本对比例采用现有技术的反应器，第一化学反应为低碳烷烃脱氢反应，第一反应原料为丙烷，重颗粒催化剂为Cr2O3/Al2O3，其性质如表2所示，第二化学反应为催化裂化反应，第二反应原料为加氢蜡油，其性质如表1所示，轻颗粒催化剂为催化裂化平衡剂，其性质如表3所示。重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的混合流进入第一反应器的流速为1m/s，通过进气口进入第一反应器的提升气流速为0.1m/s，该对比例的主要操作条件和产品分布如表4所示。
表4为应用例和对比例的产品分布
| 应用例 | 对比例 | |
| 双粒流流化床反应原料 | 丙烷 | 丙烷 |
| 混合流温度，℃ | 690 | 690 |
| 第一反应器实际温度，℃ | 650 | 630 |
| 脱氢催化剂 | Cr2O3/Al2O3 | Cr2O3/Al2O3 |
| 载体类型 | 微球 | 微球 |
| 第二反应器实际温度，℃ | 510 | 530 |
| 产品分布，w％ | ||
| 干气 | 2.10 | 2.16 |
| 液化气 | 22.70 | 22.78 |
| 丙烯 | 9.42 | 7.96 |
| 丁烯 | 4.58 | 4.26 |
| 汽油 | 40.60 | 40.54 |
| 柴油 | 24.58 | 24.79 |
| 油浆 | 3.68 | 3.51 |
| 焦炭 | 6.34 | 6.22 |
对比例与应用例相比较，结果如表4所示，应用例流化床的温度大于对比例流化床的温度，第一反应器内轻颗粒催化剂与重颗粒催化剂混合均匀，第一反应器的底部没有形成重颗粒催化剂的沉积区，使轻颗粒催化剂充分传热，两者之间的传热效率高，进而第一反应器的实际温度大于对比例，进而能够提高第一化学反应的效率；同时，应用例的轻颗粒催化剂充分传热后，进入第二反应器时温度更低，可使第二化学反应的反应温度小于对比例的第二化学反应温度，该反应温度更有利于提高第二化学反应的效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (16)
1.一种双粒流催化剂反应单元，包括底部具有进口和顶端具有出口的第一反应器(1)，进口包括用于供提升气进入第一反应器(1)的进气口(9)和用于第一反应原料进入第一反应器(1)的进料口(10)，第一反应器(1)的一侧设置有用于通入重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂的倾斜管(14)，其特征在于：所述第一反应器(1)包括位于其下部且纵截面为上大下小锥形结构的混合缓冲区(103)和位于其上部且纵截面为上小下大锥形结构的带出调控区(101)，倾斜管(14)与混合缓冲区(103)连通且其底端倾斜向下将重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂混合送到混合缓冲区(103)的底部，并在提升气的作用下，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂在混合缓冲区(103)和带出调控区(101)之间形成均匀密相床层区(102)。
2.如权利要求1所述的一种双粒流催化剂反应单元，其特征在于：所述带出调控区(101)内设置有两端开口且沿第一反应器(1)高度方向延伸的内输送管(13)，带出调控区(101)一侧靠近其底部的位置设置有用于向带出调控区(101)内通入提升气的补气管(1011)。
3.如权利要求2所述的一种双粒流催化剂反应单元，其特征在于：所述内输送管(13)的顶部向中心靠拢形成内缩部(1302)，内输送管(13)的底部向外部扩展形成外扩部(1301)，且外扩部(1301)的底端靠近均匀密相床层区(102)的界面。
4.如权利要求2所述的一种双粒流催化剂反应单元，其特征在于：所述内输送管(13)、出口和进气口(9)同轴设置。
5.如权利要求1所述的一种双粒流催化剂反应单元，其特征在于：所述混合缓冲区(103)的底部为球面状结构。
6.如权利要求1所述的一种双粒流催化剂反应单元，其特征在于：所述倾斜管(14)的底端朝向进气口(9)位置。
7.如权利要求1所述的一种双粒流催化剂反应单元，其特征在于：所述倾斜管(14)与第一反应器(1)轴向形成的锐角为30-60°。
8.一种双粒流催化剂反应装置，包括反应单元，反应单元连接有位于其上方且顶端开口的第二反应器(2)，第二反应器(2)的底部设置有用于向其内部通入第二化学反应原料的原料入口(11)，其特征在于：所述反应单元为权利要求1-7所述的任意一项权利要求所述的反应单元，第二反应器(2)与第一反应器(1)的出口相连接。
9.一种双粒流催化剂反应系统，包括串联形成闭环的反应装置、位于反应装置上方的沉降器(3)和位于反应装置一侧的再生器单元，其特征在于：所述反应装置为权利要求8所述的反应装置，沉降器(3)与第二反应器(2)的出口相连接，再生器单元包括相互连通的第一再生器(5)和第二再生器(6)，并且第二再生器(6)位于第一再生器(5)的上方，第一再生器(5)与沉降器(3)相连接，同时，第一再生器(5)和第二再生器(6)均与倾斜管(14)相连接；第一再生器(5)的底部设置有用于通入主风的进风口(12)，使轻颗粒催化剂进入第二再生器(6)内、重颗粒催化剂留在第一再生器(5)内。
10.如权利要求9所述的一种双粒流催化剂反应系统，其特征在于：第一再生器(5)通过第一斜管(7)与倾斜管(14)相连接，第二再生器(6)通过第二斜管(8)与倾斜管(14)相连接，且第一斜管(7)和第二斜管(8)上设置有控量阀门。
11.如权利要求9所述的一种双粒流催化剂反应系统，其特征在于：所述沉降器(3)和第一再生器(5)之间通过待生斜管(4)相连通，且待生斜管(4)上设置有待生阀门，沉降器(3)内失活的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经待生斜管(4)进入第一再生器(5)。
12.如权利要求9所述的一种双粒流催化剂反应系统，其特征在于：所述第一再生器(5)的底部设置有用于补充重颗粒催化剂的补料口，第二再生器(6)的底部设置有用于补充轻颗粒催化剂的补料口。
13.如权利要求9所述的一种双粒流催化剂反应系统，其特征在于：所述第二再生器(6)的底端朝向其中心内缩形成锥形区，锥形区的底端与第一再生器(5)的上端口相连接。
14.一种双粒流催化剂耦合方法，该方法基于权利要求9-13所述的一种双粒流催化剂反应系统，包括以下步骤：
S1，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经过再生单元进入第一反应器(1)中，重颗粒催化剂用于催化第一化学反应，使第一反应原料转化为第一反应产物，轻颗粒催化剂为第一化学反应供热或者取热后进入第二反应器(2)，使第二反应原料转化为第二反应产物；
S2，失活后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂经过沉降器(3)后输送到再生单元再生；
S3，再生后的重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入第一反应器(1)；
其特征在于：S1中，重颗粒催化剂和轻颗粒催化剂进入混合缓冲区(103)时的流动方向与第一反应器(1)的轴向形成的锐角为20-70°，进入流速为0.5-3m/s，通过进气口(9)进入第一反应器(1)的提升气的流速为0.1-1m/s；S2中，补气管(1011)向内输送管(13)内通入提升气，保证带出重颗粒催化剂进入沉降器(3)内，补气管(1011)内的提升气流速为1-10m/s，朝向为竖直向上；第一再生器(5)底部通入主风的流速为0.5-2m/s，朝向为竖直向上。
15.如权利要求14所述的一种双粒流催化剂耦合方法，其特征在于：所述重颗粒催化剂的粒径大于轻颗粒催化剂的粒径，且重颗粒催化剂的重量大于轻颗粒催化剂的重量。
16.如权利要求14所述的一种双粒流催化剂耦合方法，其特征在于：所述重颗粒催化剂在第一再生器(5)内再生，所述轻颗粒催化剂一部分在第一再生器(5)内再生，另外一部分在第二再生器(6)内再生。
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