CN1819870A - 带有停留时间控制的流化床反应器 - Google Patents

Abstract

公开了一种通过改变引入进料的高度或流态化催化转化反应器内空速来调节反应器容积的作用，从而控制反应区内停留时间的方法和装置。改变有效容积得到可控的停留时间和/或空速。通过改变空速、进料分配器高度、稀释剂流速或分配有进料的反应子段的数目，可以改变反应器有效容积。

Description

带有停留时间控制的流化床反应器

发明背景

本发明广泛涉及一种利用带有可控的有效体积速度或空速的催化反应器区催化转化反应器和方法。

在许多催化反应中，重要的是将反应物与催化剂充分混合从而为反应物提供足够的机会与催化剂接触。已经设计了流化反应器以确保催化剂与反应物充分混合。设计流化反应器以确保反应物与催化剂接触足够的时间以使反应进行。然而，在许多催化反应中，反应物不应与催化剂保持接触过长时间，否则会发生过转化，这会生成不期望的副产物并降低产物的品质。当反应涉及烃时尤其如此，这种反应中的过反应会导致生成过量焦炭，抑制催化剂的活性和选择性。

空速，通常称为重时空速(WHSV)，对于确保反应物与催化剂以最佳时长接触很关键。当涉及快速反应时间时，例如单分子催化裂化反应和快速催化转化反应，空速是一个重要的反应条件。需要使催化剂与反应物接触，但是过长的接触时间将使附加的不期望的反应发生。空速由式1计算：

$\mathrm{WHSV}=\frac{M_f}{m_c}---\left(1\right)$

此处WHSV是重时空速，M_f是反应器进料的质量流速，m_c是反应器中催化剂的质量。空时是空速的倒数。催化剂质量m_c可由式2确定：

$m_c=\frac{\mathrm{\ΔP}\·V}{h}---\left(2\right)$

此处ΔP是反应器高度h上的压降，V是反应器容积。该压降与高度的比值是反应器中的催化剂密度。

${\mathrm{\ρ}}_c=\frac{\mathrm{\ΔP}}{h}---\left(3\right)$

由此，将式2和3结合：

                  m_c＝ρ_C·V    (4)

因此，密度ρ_c和空速WHSV都是压降ΔP的函数。由式4，空速与容积的关系示于式5中：

$\mathrm{WHSV}=\frac{M_f}{{\mathrm{\ρ}}_{c}V}---\left(5\right)$

催化剂通量由式6确定：

${\mathrm{\ω}}_c=\frac{M_c}{A}---\left(6\right)$

此处ω_c是催化剂通量，M_c是催化剂的质量流速，A是反应器的横截面积。此外，在A恒定时，反应器的高度h和横截面积A二者的乘积为反应器的容积V：

                  V＝h·A    (7)

反应器进料的质量流速M_f由式8计算：

                  M_f＝V_f·ρ_f·A    (8)

此处M_f是进料的表观气体速度，ρ_f是进料的密度，A是速度测定处反应器的横截面积。由此，将式2、7和8代入式1，对于恒定的反应器横截面积，得到式9：

$\mathrm{WHSV}=\frac{v_f{\mathrm{\ρ}}_f}{\mathrm{\ΔP}}---\left(9\right)$

当反应并不迅速时，停留时间是一个重要的反应条件。需要将催化剂与反应物浸到一起以确保催化剂和反应物接触并持续足够长的时间以使反应能够发生。停留时间T_r由式10计算：

$T_r=\frac{V}{Q_f}---\left(10\right)$

此处Q_f是在反应器的温度和压力处理条件下进料的实际容积流速。至反应器的容积流速Q_f由式11计算：

                 Q_f＝V_f·A    (11)

将式7和11代入式10，对于恒定的反应器横截面积，得到式12：

$T_r=\frac{h}{v_f}---\left(12\right)$

在流化催化反应器中，可以考虑流体的性质以保证空速和停留时间为最佳。

流化催化反应器中通常采用的两种流态化方式为传输流动方式和沸腾床。传输流方式通常用在FCC立管反应器中。在传输流动中，气体与催化剂速度中的差异，称为滑移速度，相对较低，通常低于0.3m/s(1.0ft/s)，带有少量催化剂的反混或滞留。滑移速度由式9计算：

$v_s=\frac{v_f}{\mathrm{\ϵ}}-v_c---\left(13\right)$

此处v_s是滑移速度，v_f是进料的表观气体速度，v_c是催化剂速度，ε是催化剂的空隙分数。另一种表征流动方式的方法是通过滑移比，该比值是流动区中的实际密度与流动区中非滑移的催化剂密度之比。非滑移的催化剂密度如式10由催化剂通量与表观气体速度之比计算：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{cns}}=\frac{{\mathrm{\ω}}_c}{v_f}---\left(14\right)$

此处ρ_cns是流动区中非滑移催化剂的密度，ω_c是催化剂通量，V_f是进料的表观气体速度。滑移比与流动区中催化剂的滞留量成比例。通常，对于传输流动方式，滑移比不到2.5。因而，反应区中的催化剂保持低速以及非常稀薄的相态条件下的流动。取决于催化剂和蒸气的性质及流速，传输流动中表观气体速度通常大于3.7m/s(12.0ft/s)，且催化剂密度通常不超过48kg/m³(3lb/ft³)。传输模式中，催化剂-蒸气混合物是均相的，催化剂相中无空隙或气泡形成。

流态化沸腾床催化反应器也是公知的。再沸腾床中，流态化的蒸气形成向上穿过紧密催化剂床层可辨顶部表面的气泡。只有夹带在蒸气中的催化剂与蒸气一起离开反应器。蒸气的表观速度通常低于0.5m/s(1.5ft/s)，并且取决于催化剂的性质，紧密床层的密度通常大于480kg/m³(30lb/ft³)。催化剂与蒸气的混合物是多相的，蒸气普遍绕过催化剂。

沸腾床与稀薄的传输流动方式中间是湍动床和快速流态化方式。US-A-4,547,616公开了一种用于反应器中、用于将氧化物转化为烯烃的湍动床。在湍动床中，催化剂与蒸气的混合物是均相的。湍动床是致密催化剂床，具有在催化剂相中形成的伸长的蒸气空隙和较不可辨的表面。被夹带的催化剂与蒸气一起离开床层，催化剂密度与其在反应器中的高度并不很成比例。在湍动床中，表观速度在0.5-1.3m/s(1.5-4.0ft/s)之间，密度通常在320-480kg/m³(20-30lb/ft³)之间。

US-A-6,166,282公开了一种用于氧化物转化的快速流态化流动方式。快速流态化界定了这样一种状态，即流态化的固体颗粒位于颗粒的湍动床之间且为完全颗粒传输模式。快速流态化状态的特征在于其流态化气体速度大于致密相的湍动床，得到较低的催化剂密度和剧烈的固/气接触。在快速流态化区中，存在由向上流动的流态化气体引起的催化剂净传输。对于快速流态化流动方式，据信表观燃烧气体速度通常为1.1-2.1m/s(3.5-7ft/s)，密度通常在48-320kg/m³(3-20lb/ft³)。离开反应区的催化剂比离开反应区的蒸气略慢。因而，对于快速流态化流动方式，对大多数FCC催化剂而言滑移速度通常大于或等于0.3m/s(1.0ft/s)，滑移比大于或等于2.5。快速流态化方式已被用于使催化剂再生的FCC燃烧器中和煤气化中。

烃类氧化物到烯烃混合物的转化在流态化催化反应器中实现。氧化物到烯烃的这种反应被分子筛快速催化，例如微孔结晶沸石或非沸石催化剂，特别是硅铝磷酸盐(SAPO)。许多专利描述了这种方法的各种此类催化剂：US-A-3,928,483、US-A-4,025,575、US-A-4,252,479、US-A-4,496,786、US-A-4,547,616、US-A-4,677,243、US-A-4,843,183、US-A-4,499,314、US-A-4,447,669、US-A-5,095,163、US-A-5,191,141、US-A-5,126,308、US-A-4,973,792和US-A-4,861,938。

氧化物到烯烃的催化过程通常可以在一种或多种稀释剂存在下进行，基于供给反应区(或催化剂)的所有进料和稀释剂成分的总摩尔数，该稀释剂可以以1-99mol％的量存在于烃类氧化物进料中。稀释剂包括但仅不限于氦气、氩气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、水和例如甲烷、链烷烃、芳香族化合物的烃或其混合物。US-A-4,861,938和US-A-4,677,242特别强调稀释剂与反应区进料结合使用以保持催化剂对轻质烯烃产物(尤其是乙烯)的生产的充足选择性。

另一种典型的流态化催化反应是流态化催化裂化(FCC)过程。通过使原材料与由粉末状或颗粒状固体材料构成的催化剂接触来进行FCC过程，所述原材料无论是真空瓦斯油、拔顶油还是另一来源的沸点相对较高的烃。通过使气体以足够的速度穿过其中而使催化剂流动传输，以形成传输流动方式。油与流态化的催化材料的接触催化裂化反应。裂化反应在催化剂上沉积焦炭。离开反应区的催化剂称为“废”的，即由于焦炭在催化剂上沉积而部分失活。焦炭由氢和碳构成，还可以包括痕量的其它物质，例如随原材料进入过程的硫和金属。焦炭通过阻塞催化剂表面上进行裂解反应的酸位点而阻碍废催化剂的催化活性。传统上将废催化剂转移到汽提塔，从催化剂除去所吸附的烃和气体，然后转移到再生器，用含氧气体通过氧化除去焦炭。再生器可以以沸腾床、湍动床或快速流态化流动方式操作。将采用快速流动方式的这种再生器称为燃烧器。然而，在再生器或燃烧器中，焦炭从催化剂燃烧除去。催化剂不提供除涉及氧化以外的催化功能。收集装料量的相对于汽提塔中的废催化剂具有较低焦炭含量的催化剂，以下称为再生催化剂，将其返回反应区。催化剂表面的焦炭的氧化释放大量的热，该热一部分随通常称为烟道气的焦炭氧化的气态产物逸出再生器。其余的热量随再生催化剂离开再生器。流态化催化剂在反应区和再生区之间连续地循环。流态化催化剂为热量从区到区的转移充当媒介，还在反应区中提供催化功能。FCC过程以及其中所用的分离装置充分描述在US-A-5,548,985和US-A-4,792,437中。

上述烃类催化转化过程对都会使产物的品质降低的不充分反应和过反应敏感。采用快速流态化流动方式确保了催化剂与进料的彻底混合以催化反应。因此，本发明旨在提供一种改进的流态化非氧化催化烃转化方法和装置，其提供一种在可调流动状况下的快速流态化流动方式，增强向期望产物的转化。此外，本发明旨在提供一种反应器，其能够适应基于不同的进料组成和期望产物而变化的对于空速和停留时间的需求。

发明综述

已经发现一种通过调整流态化催化反应器内催化反应区空间中的空速或通过改变有效反应容积来控制反应区中停留时间的反应器和方法。空速是催化剂密度的函数。空速和停留时间是催化反应区容积的函数，催化剂和进料在该催化反应区接触。因此，可以调整有效催化反应器容积或通过催化剂循环速度控制空速以在催化剂与进料的接触中获得期望的停留时间。这可以在高效气固混合条件下进行。催化剂循环速度可基于反应器中的压降进行控制，以保持或获得期望的空速。通过改变反应器的最小活性稀释剂的流速、通过改变进料供入的反应器的子段数目或通过改变进料供入反应器段的高度，可以调整催化反应区的容积。

附图简述

图1是用在本发明中的流态化催化反应器的示意图。

图2是本发明的一种可选实施方式的示意图。

图3是沿图2中3-3的截面图。

图4是本发明的另一种可选实施方式的示意图。

发明详述

我们已经发现了一种催化反应器，该反应器可以用于实现流体反应物与颗粒催化剂的完全混合，同时使催化剂与流体反应器一起接触至可调的最佳时间。因此，对于变化的进料以及变化的反应，可以进行期望的反应而没有降低产物组成品质的不充分反应或过反应。例如，在用于升级石脑油的流态化催化反应器中(该石脑油可以得自FCC馏分)，我们已经发现进料与催化剂之间的更好的混合促进氢转移反应和催化裂化反应，同时减少不期望的焦炭和干气生成。快速流态化催化转化区的使用提供这种完全混合。我们还发现在烃类氧化物至烯烃的催化转化中，与紧密流态化催化反应相比，快速流态化区的使用大大降低了催化剂用量。然而，我们已经发现保持快速流态化反应区可能是困难的。已经在燃烧器中尝试快速流态化燃烧区，用于氧化来自FCC反应器区的结焦的催化剂，但是这种燃烧器并不涉及非氧化催化转化。燃烧区中的主要关注点在于催化剂具有足够的停留时间以烧去所有的焦炭。流态化催化转化反应器(特别是烃催化转化过程区)带来了其它的流动考虑，因为进料是经历催化而转化成为可回收的产物的初级流态化的介质和反应物。气相反应的选择性和转化率必须得到优化。选择性和转化率是温度、停留时间和空速的函数。如式1和5所示，空速与催化剂和反应物进料流速以及反应器容积相关。式11表明停留时间与反应器容积相关。因此，本发明给予流态化催化转化反应器中的流动性质、空速和停留时间更多的考虑。对这些流动性质的控制能够实现并保持期望的流态化方式，特别是快速流态化流动方式。

可以参照图1中所示的流态化催化反应器10来描述本发明。尽管本发明的许多构造都是可以的，但是此处作为示例提供一种具体实施方式。实施本发明的所有其它实施方式都应被视为在本发明的范围内。

在图1中的本发明的实施方式中，催化反应器10包含反应段12和可以包含脱离段14的分离段16。进料与催化剂的接触在催化反应器10的反应器段12发生。控制阀18、20控制催化剂循环至反应器段12的速度。控制阀18控制来自催化剂再生器66的再生催化剂经再生催化剂管24流到反应器段12的流速，控制阀20控制循环催化剂经循环废催化剂管26流到反应器段12的流速。流过控制阀18和/或20之一或者二者的催化剂流速与流过反应器段12的反应物的空速成反比。也独立地调节控制阀18、20的相关设置以获得期望的反应器段12中的温度和催化剂混合物，该混合物将与反应物进料接触。可以采用多个循环废催化剂管26以提高催化剂通量，循环废催化剂管26可以延伸贯穿反应器10，特别是反应器段12。

在一种实施方式中，将来自再生催化剂管24的再生催化剂以及来自循环废催化剂管26的循环催化剂在反应器段12的混合罐30中混合。经喷嘴32将活性最小或无活性的稀释剂(如水蒸汽)分配给混合罐30，从而在与进料接触之前将再生和循环催化剂混合。混合罐30能够使循环和再生催化剂在引到进料之前充分混合并使温度平衡。这保证了通过与未经再生加热的较冷循环催化剂完全混合和直接热交换，将热再生催化剂降至较低的温度。如果不先经过完全的降温而与进料反应物接触，所有或部分的热再生催化剂会引起热裂解或其它不期望的副产物生成。在一个不采用催化剂再生器的实施方式中，可以不需要混合罐30。

通过管线36将可以包含烃类的进料反应物引入分配器38，该分配器将进料分配到反应器段12。在多个实施方式中，进料可以是在反应器中蒸发的液体或者是蒸气。进料经过管线36的流速由控制阀40控制。控制阀40的设置也影响空速和停留时间。反应器段12的进料速度与空速成正比而与停留时间成反比。

来自分配器38的进料反应物与来自混合罐30的向上的流态化催化剂接触。需要时，进料反应物也可以包含稀释剂以提供适宜的催化反应条件。在一种实施方式中，进料反应物使上升的催化剂流态化，以在反应器段12的催化反应区22中形成快速流化床。实践中，可以在以下水平面以下在反应器段12的基底42处形成紧密床：在此水平面处通过在催化反应区22中引入进料反应物而使所有催化剂流态化。在一种实施方式中，催化反应区22在分配器38和顶部区域44之间延伸，尽管催化活动可能在催化反应区22外进行。反应器段12的顶部区域44具有与高度的比例降低的横截面积。顶部区域44可以采取截头圆锥体部分的形式。顶部区域44的减小的横截面积是转向传输模式的流态化的产物与催化剂在它们离开反应器段12并进入传输管道46时加速。传输管道46连通反应器段12与脱离部分14。传输管道46可以采取提升管的形式。传输管道必须具有比反应器段12小的横截面积。因此，当离开催化反应区22和反应器段12时，产物流体和废催化剂加速进入传输模式，由此给废催化剂和产物流较少的时间去进一步反应或裂解成不期望的产物。进入传输模式还防止催化剂不再被产物流夹带。

废催化剂和产物由反应器段12经传输管道46上升至脱离段14。废催化剂和蒸气产物经涡流管50中的卸出口48(仅示出一个)离开，去进行废混合催化剂与蒸气产物的初级向心分离。分离的废混合催化剂沉降入脱离段14内的紧密床52中。在一种实施方式中，之后通过使用经脱离段14的汽提段60中的汽提喷嘴58进入的汽提介质，如水蒸汽，将紧密床52中的废混合催化剂在一系列缓冲板54上汽提。在一种实施方式中，第一部分汽提的废催化剂以可由控制阀64控制的流速经废催化剂管62离开脱离段14。可将该汽提的废催化剂送入再生器66。在一种实施方式中，可以与另一种流态化的催化系统如FCC系统共用再生器66。此外，废催化剂管62可将废催化剂送至另一个反应器。将第二部分汽提的废催化剂以由控制阀20控制的流速经循环废催化剂管26提出并送入混合罐30，在此将它与从再生催化剂管24送来的再生催化剂混合。产物蒸气与夹带的废催化剂经出口68离开脱离段14，进入包含至少一个旋风分离器70的分离段16。此外，分离器段可以包含一个或多个位于脱离段14外并具有经一个与出口68直接相连的入口以及经适宜的管道与脱离段14或反应器段12直接相连的浸入管72的旋风分离器70。在一种实施方式中，出口68可以直接与旋风分离器70相连。夹带的废催化剂在旋风分离器70中与产物蒸气向心分离。分离的催化剂经浸入管72离开，进入紧密催化剂床74，该床层可以是流态化的(未示出)。在一种实施方式中，紧密催化剂床74中的废催化剂经孔口76进入脱离段14的汽提段60中。另外，可将紧密催化剂床74中废催化剂不经汽提而通过管路26、62除去。产物流体经出口管道78从旋风分离器70抽出，在管线80中回收。

参照图1中所示本发明的反应器10，通过提高或降低送入反应器段12的催化剂的速度可以改变空速。这可以通过如下方式进行：调整控制阀20以改变经循环废催化剂管26进入混合罐30的废催化剂的流速，和/或调整控制阀18以改变经再生催化剂管24进入反应器段12的混合罐30的再生催化剂的流速。提高经控制阀18、20之一或二者进入反应器段12的催化剂流速降低反应器段12中的重时空速，而降低经控制阀18、20之一或二者进入反应器段12的催化剂流速则提高该重时空速。经管线24、26至反应器段12的催化剂总流速与催化剂通量成正比。

控制重时空速的另一种方法是经进料管线36上的控制阀40提高或降低进料流速。进料流速的提高与表观速度(V_f)直接相关。然而，通常使进料流速恒定。

当催化剂通量增加时，较低的表观气体速度具有生成紧密床的较强趋势；反之，当催化剂通量增加时，较高的表观气体速度具有生成紧密床的较弱趋势。期望的快速流态化流动方式(该方式中催化剂与反应器发生最大程度的混合)被适度控制在320kg/m³(20lb/ft³)的紧密床状况与48kg/m³(3lb/ft³)的传输流动方式之间。在低表观气体速度下保持快速流态化流动更为困难，因为催化剂易于阻塞供给反应器的反应气，由此由传输流动方式跃至紧密床。此外，在极高的表观气体速度下，催化剂通量无增加将致使流动方式超出传输。我们已经确定在本发明中以低如1.3m/s(4ft/s)和高于常规使用的高如9.1m/s(30ft/s)的表观速度及低如15kg/m²s(2.8lb/ft²s)和高如1100kg/m²s(204.5lb/ft²s)的催化剂通量，可以保持快速流态化流动方式。在一种实施方式中，在本发明中，以低如1.5m/s(5ft/s)和高如5m/s(16ft/s)的表观速度及低如30kg/m²s(5.6lb/ft²s)和高如325kg/m²s(60.4lb/ft²s)的催化剂通量，可以保持快速流态化流动方式，可以保持极易控制的快速流态化方式。在这些条件下，可以提高或降低催化剂通量以提高或降低空速而不破坏流动方式以堵塞形成紧密床或加速进入传输流动方式。

本发明在催化转化反应器中是有利的，其中催化剂或者被流态化的进料、或者被流态化的稀释剂、或者被这二者流态化。通常，流态化的进料具有足够的表观速度以当它进入反应器时能够夹带催化剂或使催化剂流态化。在本发明的一种实施方式中，可以控制稀释剂的添加以调整反应器中的流态化度。

反应器段12中的空速可以如下控制。可以测量反应器段12中两个高度之间的压降以监测反应器中的催化剂密度、重时空速或其它与空速成比例的反应器条件。当为了保持或者获得快速流态化方式、为改变所得的转化率或选择性或者适应不同的进料组成而期望调整空速时，可以相对较多或较少地开启控制阀20，以改变催化剂通量，该通量相应地改变空速。

图1表示了一种实施对空速的调整的控制方案。将压力传感器92安置在反应器段12中相对较低的高度，将压力传感器94安置在反应器段12中相对较高的高度。在一种实施方式中，至少一个压力传感器应当在催化反应区22中，优选较低的压力传感器92。压力传感器92、94将压力信号和/或其它数据传输给控制器96，该控制器可以包含一个压差控制器。可位于管线36或控制阀40上的传感器98以适宜的设备测定从其中流过的进料的流速并将数据以信号传输给控制器96。基于此数据，控制器96测定经控制阀40流到反应器10的进料的质量流速和反应器段12中的催化剂质量，由此测定重时空速。进料的流速可以是恒定的。将现时重时空速或与其成比例的参数与可以调节的设定点对比。如果空速或与其成比例的参数与设定点不匹配，控制器96就给控制阀20发出信号，使其开得相对较大以降低空速或开得相对较小以提高空速。

循环废催化剂管26中循环的废催化剂的温度与反应器段12中的温度相似。因此，反应器段12中的温度通过控制阀18由再生催化剂管24中热的再生催化剂的流速来控制。催化反应区22或反应器段12中的温度传感器101将温度数据以信号传输给控制器100，该控制器可以是温度指示控制器。控制器100将反应器段12中的温度与可调的设定点温度比较，并给控制阀20发出信号，如果反应器温度比设定点低，就开得相对较大；如果反应器温度低于设定点，就开得相对较小。传感器和控制器的适宜类型、操作状况和位置可以与本领域的常规技术以及本文中的描述相一致地变化。

如式5和10所示，催化反应区22的容积与停留时间成比例，与空速成反比。通过调节流至反应器段12的最小活性或无活性稀释剂的流速，可以调节催化反应区22的容积，从而可以调节在催化反应器区22中的停留时间和空速。以由控制阀104控制的速度、经喷嘴106、由稀释剂管线102，可以将附加稀释剂添加到反应器段12。通过调节经喷嘴106流到反应器段12的稀释剂的速度，可以改变有效反应器容积。如果期望较小的有效反应器容积以提供较短的停留时间或较大的空速，则应当将控制阀104开得相对较大以使较高容积流速的稀释剂由稀释剂管线102流至反应器段12。如果期望较大的有效反应器容积以增加停留时间或降低空速，则应当将控制阀104开得相对较小以使较低容积流速的稀释剂由稀释剂管线102流至反应器段12。水蒸汽是适宜的稀释剂。

图2表示本发明的另一种实施方式，可用于替代图1中的反应器段12。图2中所有与图1相比未改变的元件保持相同数字标记。尽管可将一个反应器段12’用于实施本发明的用途，但是提供多个反应器子段84可以为单个反应器段12的使用提供灵活性，该反应器子段84带有专门的喷嘴88和控制阀40’来控制每个反应器子段84的进料的流速。单个反应器段12’中的多个反应器子段84提供更大程度的对停留时间和空速的控制。图2中的实施方式提供更大的灵活性，因为横截面积以及随之催化反应区22’容积是可调的。反应器横截面积与表观气体速度成反比。表观气体速度与停留时间成反比而与空速成正比。因此，通过调节流至反应器子段84之一的流速或关闭流量，可以改变与横截面积成正比的停留时间和与反应器横截面积成反比的空速。同样的关系式适用于不具有恒定横截面积的反应器子段84，因为催化反应区容积与停留时间成比例而与空速成反比，如式5和10中所示。

以由控制阀40’控制的速度、经喷嘴88、由管线36’将反应器进料分配给反应器段12’中的各个反应器子段84。反应器子段84可以是具有开放底端90的管，所述底端与构成反应器段12’的紧密催化剂床82连通。优选进入反应器子段84的进料将催化剂从紧密催化剂床82拖入反应器子段84中，在此进行接触。对于喷嘴88中指定的流量的进料，拖入反应器子段84的催化剂量将与进料的表观速度和紧密催化剂床催化剂水平面83的高度成比例，该高度由控制阀18、20控制。因此，通过调节紧密催化剂床82催化剂水平面83的高度和/或通过调节或消除经一个或多个控制阀40’的进料流速，反应器子段84、进而反应器段12’中的催化剂与进料之比、催化剂密度、催化剂通量、空速和停留时间都可以被控制。

催化反应区22’包含从底端90至顶部区域44’的反应器子段84。在一种实施方式中，催化反应区22’包含所有分配有进料的反应器子段84。每个反应器子段84的顶部区域44’具有减小的横截面积，其可以采取截头圆锥或部分截头圆锥剖面的形式。当蒸气产物与废混合催化剂的混合物离开反应器子段84时，顶部区域44’的减小的横截面积起到将它们加速的作用。在一个未示出的实施方式中，顶部区域44’可以与连通反应器子段84与传输管道46的出口管道相连通。在这种实施方式中，所有出口管道都应当具有比各个反应器子段84和传输管道46小的横截面积。

图3是沿反应器段12’的3-3的仰视截面图。尽管，图3中示出了4个反应器子段84，但是本发明可以预期更多或更少但不少于一个的反应器子段84。在一种实施方式中，反应器子段84可以分享共同的壁。在图2和3中所示的实施方式中，传输管道46的横截面积可以小于给传输管道46供料的所有反应器子段84的总横截面积。此外，在一种实施方式中，传输管道46的横截面积可能小于单个反应器子段84，从而可以关闭除一个之外的所有反应器子段84。因此，当离开反应器子段84时，产物蒸气和废混合催化剂经顶部区域44’加速进入传输模式，由此给废催化剂和产物蒸气很少的时间去进一步反应或裂解成不期望的产物。进入传输模式还防止催化剂不被产物流夹带。

本发明的反应器10’的另一实施方式可以与反应器10类似地操作，但是提供了更大的灵活性。包含在线反应器子段84的反应器段12’的催化反应区22’总容积可以被改变，这是调节空速和停留时间的另一种方法。例如，通过关闭经两个控制阀40’各自至两个反应器子段84的流动，催化反应区22’的容积被减半。容积的变化按照式9可以消去。然而，减半的横截面积将使以恒定流速流过管线36’的反应物进料的表观气体速度加倍。而且，由于带入反应器子段84的催化剂依赖于流向它的进料的流量，而对于每个保持在线的反应器子段，该流量已经加倍，因而总催化剂通量将不会显著变化。加倍的表观速度会将双倍的催化剂通量带入两个反应器子段84，以补偿已被控制阀40’关闭的两个反应器子段84。由此，重时空速将增加。类似地，速度加倍时，容积的变化在式12中消去。因而，由控制阀40’关闭流向反应器子段84的流动导致反应器子段84中的停留时间减半。

此外，如同在反应器10中，通过调节催化剂通量可以控制空速。可以测定反应器段12的催化反应区22’两个高度之间的压降，以监测反应器中的催化剂密度以及重时空速。当期望调节空速或与其成比例的参数时，可以将控制阀20开得相对较大或较小以改变催化剂水平面83的高度，而不由控制阀40’改变流速。催化剂水平面83的高度与拖入反应器子段84中的催化剂通量的量成比例，其随之相应地改变空速。图2表示一种通过改变通量实施对空速的调节的控制方案。将压力传感器92’安置在每个反应器子段84的催化反应区22中或至少一个反应器子段84中相对较高的高度，又选在喷嘴88以上；将压力传感器94’安置在反应器段12’中相对较高的高度，在一种实施方式中，将其安置在反应器子段84的所有出口会聚的位置，例如在总是在线的传输管道46或单一反应器子段84中。压力传感器92’、94’将压力信号和/或其它数据传输给控制器96，该控制器可以包含一个压差控制器。在管线36’的每个支管上、在每个控制阀40’上、在每个喷嘴88上或在管线36’上的传感器98’以适宜的设备测定反应器段12的进料的流速并将数据以信号传输给控制器96。基于此数据，控制器96测定流到反应器10的进料的质量流速和包含在线反应器子段84的催化反应区22’中的催化剂质量，由此测定重时空速。进料经管线36’的流速可以是恒定的。将反应器段12中的实际重时空速与可以调节的设定点对比。如果空速与设定点不匹配，控制器96就给控制阀20发出信号以开得相对较大以降低空速或开得相对较小以提高空速。反应器段12中的温度由再生催化剂管24中热的再生催化剂的流速通过控制阀18来控制。催化反应区22’中的温度传感器101’将温度数据以信号传输给控制器100，该控制器可以是温度指示控制器。另外，温度传感器98’也可以在反应器段12’的紧密催化剂床82中。控制器100将反应器段12’中的温度与可调的设定点温度比较，并给控制阀20发出信号，如果反应器温度比设定点低，就开得相对较大；如果反应器温度高于设定点，就开得相对较小。传感器的位置、控制器的操作状况可以与本领域的常规技术以及本文中的描述相一致地变化。

可以在不同的条件下操作一些或全部反应器子段84，例如温度、空速或停留时间，以获得期望的反应器流动状况和产物组成。类似地，一个、一些或全部反应器子段84中的表观进料速度也可以不同。在这种实施方式中，较低的压力传感器92’将必须在每个反应器子段84中，较高的压力传感器94’将必须在反应器子段84的所有出口会聚处或者在每个反应器子段84中。而且，在这种实施方式下，传感器98’将必须在管线36’的每个支管上或者在每个控制阀40’上。

图4表示本发明的另一种实施方式，可以用于替代图1中的反应器段12或图2中的12’。图4中所有与图1相比未改变的元件保持相同数字标记。图4的反应器段12”包括多个反应物进料分配器38a-38d，所有这些分配器都在反应器段12”中的不同高度上。尽管可以将四个反应物进料分配器38a-38d用于实施该发明，但也可以使用更多或更少，但是多于一个。每个反应物进料分配器38a-38d由各自的与主进料管线36’连通的进料管线36a-36d供料。将多个控制阀40a-40d各自专用于少于所有多个反应物进料分配器38a-38d以独立地控制进入该多个进料分配器的进料流量。在一种实施方式中，将每个控制阀40a-40d各自专用于各反应物进料分配器38a-38d和进料管线36a-36d，以独立地控制从其流过的反应物进料的流量。传感器99或传感器98a-98d可以以适宜的设备测定从其流过的进料的流量并将数据以信号传输给控制器96，传感器99可以在主进料管线36’上，传感器98a-98d可以在各自的管线36a-36d上或者在各自的控制阀40a-40d上。催化反应区22a-22d为反应器段12”中各个反应物进料分配器38a-38d之上直到顶部区域44的容积。反应器段12”中，催化反应区22a-22d的反应器容积与反应物进料分配器38a-38d的高度成反比。

提供多个反应器进料分配器38a-38d，所述分配器带有专用控制阀40a-40d以控制流至反应器段12的进料流速，可以给使用单个反应器进料分配器控制停留时间和空速提供灵活性。图4中的实施方式提供更大的灵活性，因为催化反应区22a-22d的容积是可调的。式5表明空速与反应器容积成反比。式10表明停留时间与反应器容积成正比。尽管在反应器高度上存在将随反应物流高度分布的改变而改变的催化剂密度梯度，但是，随着进料分配器高度的变化，催化反应区的反应器容积将更为显著地变化。

如果期望减少反应器段12’中的停留时间和/或提高空速，经专用控制阀40a-40c流至较低的反应物进料分配器38a-38c的流动将被关闭，而经专用控制阀40b-40d流至较高的反应物进料分配器38b-38d的流动将被开启。类似地，如果期望增加反应器段12’中的停留时间和/或降低空速，经专用控制阀40b-40d流至较高的反应物进料分配器38b-38d的流动将被关闭，而经专用控制阀40a-40c流至较低的反应物进料分配器38a-38c的流动将被开启。

反应器段12”的顶部区域44具有减小的横截面积，其可以采取截头圆锥部分的形式。当蒸气产物与废混合催化剂的混合物离开反应器段12”时，顶部区域44的减小的横截面积起到将它们加速的作用。因此，当离开反应器子段84时，产物蒸气和废混合催化剂经顶部区域44加速进入传输模式，由此给废催化剂和产物蒸气较少的时间去进一步反应或裂解成不期望的产物。进入传输模式还防止催化剂不再被产物流夹带。

此外，如同在反应器10中，通过调节催化剂通量可以控制空速。可以测定反应器段12的催化反应区22a-22d两个高度之间的压降，以监测反应器中的催化剂密度以及重时空速。当期望调节空速或与其成比例的参数而不改变操作中的反应物进料分配器38a-38d的高度时，可以将控制阀20开得相对较大或较小以改变反应器段12”的催化剂通量，其随之相应地改变空速。图4表示一种与图1类似的通过改变通量实施对空速的调节的控制方案。尽管仅示出了一个，但是压力传感器92’可位于略高于各个反应区22a-22d中每个反应物进料分配器38a-38d的位置上。压力传感器94位于反应器段12’中相对较高的高度。压力传感器92’、94’将压力信号和/或其它数据传输给控制器96，该控制器可以包含一个压差控制器。传感器99以适宜的设备测定流至可应用的反应物进料分配器38a-38d的进料流速并将数据以信号传输给控制器96。基于此数据，控制器96测定流经反应物进料分配器38a-38d至反应器10的进料的质量流速和反应器段12中的催化剂质量，由此测定重时空速。进料经管线36’的流速可以是恒定的。将反应器段12”中的实际重时空速与可以调节的设定点对比。如果空速与设定点不匹配，控制器96就给控制阀20发出信号，使其开得相对较大以降低空速或开得相对较小以提高空速，从而更接近期望的空速。与图1所示的控制方案类似，基于从催化反应区22a-22d中的温度传感器(未示出)传至控制器100的信号，由再生催化剂管24中热的再生催化剂的流速通过控制阀18来控制反应器段12中的温度。传感器和控制器的适宜位置、类型和操作可以与本领域的常规技术以及本文中的描述相一致地变化。

也可以预见一个或多个分配器38a-38d可以同时以相同或不同的流速操作以提供期望的益处。此外，如果流过喷嘴32的稀释剂不足以将催化剂流态化至较高的反应物进料分配器38a-38d，那么较低的分配器就会不得不总是操作至某种程度以将催化剂流态化至主要操作的反应物进料分配器38a-38d。最后，可以使用带有可伸缩收回的进口端(未示出)的传输管道或可缩回分配器(未示出)来实现本发明。

因而，本发明提供对反应器流动参数停留时间、容积和空速的调节，以满足对应于不同进料组成或期望产品方案的特殊要求，并实现和保持适宜的流态化方式。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种催化反应器，用于通过与流态化催化剂颗粒接触将进料流催化转化以生成产物流，该反应器包括：

反应段，该反应区界定催化反应区和与反应区连通的进料入口；分离段，用于从流态化催化剂颗粒中分离气态产物，该分离段界定用于排出流态化催化剂颗粒的颗粒出口，并且该分离段界定用于从分离段抽取气态产物的气体回收出口；

脱离管道，该管道从反应段延伸至分离段，与反应区流体连通，用于传送产物流和流态化催化剂颗粒，并且界定用于排出产物流和流态化催化剂颗粒的排出孔；

至少一条催化剂循环管线，用于将流态化催化剂颗粒传送至反应段；用于控制催化剂颗粒添加入反应段的速度的部件；

第一进料管线，用于将进料添加至处于第一高度的催化反应区；和通过直接改变空速的作用来获得期望的反应停留时间的部件，这种改变是通过调整催化剂循环或者通过使用至少一条附加进料管线添加至少一部分第一高度以上的进料来调整用于催化剂与进料接触的距离。

2.权利要求1的反应器，其中第一进料管线以及至少一条附加进料管线给反应器段中不同高度上的多个进料分配器中的至少一部分提供进料；并且

多个进料控制阀控制每个分配器的进料流量，并且每个进料控制阀专用于比所有少的多个反应物进料分配器以独立地控制通入多个进料分配器的进料流量。

3.权利要求2的反应器，其中每个控制阀专用于仅一个进料分配器。

4.权利要求1-3中任一项的催化反应器，其中反应段进一步包括在与循环管线流体连通的反应区之下的催化剂混合区。

5.权利要求4的催化反应器，包括循环管线上的催化剂控制阀和与该催化剂控制阀连接的压差指示器，催化剂控制阀用于控制将催化剂添加入反应段的速度，压差指示器带有在反应段内两个高度上的传感器。

6.权利要求5的催化反应器，其中催化剂循环管线与分离段连通，并且一端与催化剂再生器连通的附加催化剂循环管线具有由反应器段内的温度控制的控制阀。

7.权利要求1-3中任一项的催化反应器，其中反应段包括多个分立的反应段，每个反应段至少部分由分配管线之一界定，反应器进料管线与每个反应器段通过一个进料控制阀连通，以独立地调节每个反应器段的进料。

8.一种通过使包含进料的反应物流与催化剂颗粒接触受控的停留时间以使其进行催化反应的方法，该方法包括：将催化剂颗粒以催化剂循环速度传送给反应段，以提供足以在流态化时在反应段内提供催化剂密度的催化剂通量，优选在15-1100kg/m²的通量和优选在48-320kg/m³的密度；

在至少一个位置和一定速度将反应物流分配至反应段，该速度足以使催化剂颗粒流态化并使反应物流与催化剂优选以1m/s-9m/s的表观速度接触；催化反应物在催化反应区内的转化过程以生成产物流；

通过改变催化反应段的容积来调节在选定空速下的停留时间或者根据测定的反应段内的压力降调节催化剂循环速度；以及

从反应段提取催化剂颗粒和产物流。

9.权利要求8的方法，其中通过增加或减少接收进料的子段的数目来改变反应段中催化反应区的容积。

10.权利要求8的方法，其中通过改变催化反应段中催化反应区的横截面积来改变催化反应段的容积。

11.权利要求8的方法，其中根据反应段内的压力来控制添加到反应段的再生催化剂颗粒的附加催化剂循环速度。

Claims (12)

1.一种催化反应器，用于通过与流态化催化剂颗粒接触将进料流催化转化以生成产物流，该反应器包括：

反应段，该反应区界定催化反应区和与反应区连通的进料入口；

分离段，用于从流态化催化剂颗粒中分离气态产物，该分离段界定用于排出流态化催化剂颗粒的颗粒出口，并且该分离段界定用于从分离段抽取气态产物的气体回收出口；

脱离管道，该管道从反应段延伸至分离段，与反应区流体连通，用于传送产物流和流态化催化剂颗粒，并且界定用于排出产物流和流态化催化剂颗粒的排出孔；

至少一条催化剂循环管线，用于将流态化催化剂颗粒传送至反应段；

用于控制催化剂颗粒添加入反应段的速度的部件；

第一进料管线，用于将进料添加至处于第一高度的催化反应区；和通过直接改变空速的作用来获得期望的反应停留时间的部件，这种改变是通过调整催化剂循环或者通过使用至少一条附加进料管线添加至少一部分第一高度以上的进料来调整用于催化剂与进料接触的距离。

2.权利要求1的反应器，其中第一进料管线以及至少一条附加进料管线给反应器段中不同高度上的多个进料分配器中的至少一部分提供进料；并且

多个进料控制阀控制每个分配器的进料流量，并且每个进料控制阀专用于比所有少的多个反应物进料分配器以独立地控制通入多个进料分配器的进料流量。

3.权利要求2的反应器，其中每个控制阀专用于仅一个进料分配器。

4.权利要求1-3中任一项的催化反应器，其中反应段进一步包括在与循环管线流体连通的反应区之下的催化剂混合区。

5.权利要求4的催化反应器，包括循环管线上的催化剂控制阀和与该催化剂控制阀连接的压差指示器，催化剂控制阀用于控制将催化剂添加入反应段的速度，压差指示器带有在反应段内两个高度上的传感器。

6.权利要求5的催化反应器，其中催化剂循环管线与分离段连通，并且一端与催化剂再生器连通的附加催化剂循环管线具有由反应器段内的温度控制的控制阀。

7.权利要求1-3中任一项的催化反应器，其中反应段包括多个分立的反应段，每个反应段至少部分由分配管线之一界定，反应器进料管线与每个反应器段通过一个进料控制阀连通，以独立地调节每个反应器段的进料。

8.一种通过使包含进料的反应物流与催化剂颗粒接触受控的停留时间以使其进行催化反应的方法，该方法包括：

将催化剂颗粒以催化剂循环速度传送给反应段，以提供足以在流态化时在反应段内提供催化剂密度的催化剂通量，优选在15-1100kg/m²的通量并优选在48-320kg/m³的密度；

在至少一个位置和一定速度将反应物流分配至反应段，该速度足以使催化剂颗粒流态化并使反应物流与催化剂优选以1m/s-9m/s的表观速度接触；

催化反应物在催化反应区内的转化过程以生成产物流；

通过改变催化反应段的有效容积来调节在选定空速下的停留时间，或者根据测定的反应段内的压力降调节催化剂循环速度；以及

从反应段提取催化剂颗粒和产物流。

9.权利要求8的方法，其中通过以多于一个的高度将进料引入反应区以形成反应器子段以及增加或减少接收进料的子段的数目来改变反应段中催化反应区的有效容积。

10.权利要求8的方法，其中通过改变进入催化反应段的活性最小的稀释剂的流速来改变催化反应段的容积。

11.权利要求8的方法，其中通过改变催化反应段中催化反应区的横截面积来改变催化反应段的容积。

12.权利要求8的方法，其中根据反应段内的温度来控制添加到反应段的再生催化剂颗粒的附加催化剂循环速度。

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