用于最小化催化剂粒子磨损的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及一种用于在将烷烃或烷基芳族脱氢催化剂粒子尤其为丙烷脱 氢(PDH)催化剂粒子与夹带气体分离期间最小化夹带于催化剂回收构件中的夹带气体中的 此等粒子磨损的方法和对应设备。
【背景技术】
[0002] 通常必须将用于某些液固反应系统中的粒状催化剂(例如，烷烃或烷基芳族脱氢 催化剂)与反应产物分离并回收于反应系统中，或在回收于反应系统中之前进行再生。在任 一状况下，还必须将固体催化剂粒子与再生器系统排出物分离。分离固体催化剂粒子的最 常见方法为通过将再生器床维持为靠近(0.914米/秒(m/s)(3英尺/秒(ft/s))的速度，并通 过控制夹带而允许粒子脱离以减少到一或多个高速旋风分离器的催化剂数量，使得在冲击 第一旋风分离器之后的气体流速可介于16.8米/秒(m/s) (55. lft. s)到25.9111/8(85;^/8)的 范围内。此高气体速度导致固体催化剂粒子在旋风器壁上具有高冲击速度，从而导致催化 剂粒子磨损。熟知用于脱氢系统的鼓泡床再生器，其中脱氢催化剂和夹带气体以大约1米/ 秒的速度离开鼓泡床。
[0003] 相比催化剂粒子块体，归因于贵金属组分例如？1:、68、？(1、411、48在高温下发生电子 迀移，已知脱氢催化剂在粒子外表面上含有较高铂浓度。因此，由于脱氢催化剂粒子发生磨 损，因此可失去为细粒的最活跃催化剂组分，从而留下具有较低活性的剩余催化剂粒子。主 要由于Pt组分脱氢催化剂倾向于为极昂贵的，所述Pt组分受催化剂粒子磨损影响最大。然 而，液固反应系统催化剂粒子进一步包含其它昂贵组分，例如，氧化铝-二氧化硅载体。因 此，最小化催化剂(尤其为roH催化剂粒子)磨损将有益于此类液固反应系统的经济可行性， 且尤其有益于roH方法。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种用于在将烷烃或烷基芳族脱氢催化剂粒子尤其为丙烷脱氢(PDH) 催化剂粒子与夹带气体分离期间，通过在接触高速分离构件之前用低速气/固分离构件预 处理混合催化剂粒子和夹带气流而最小化夹带于催化剂回收构件中的所述夹带气体中的 此等粒子磨损的经改良方法和对应设备。
[0005] 在一个实施例中，本发明提供一种用于在将催化剂粒子与夹带气体分离期间最小 化夹带于催化剂回收构件中的此等粒子与所述夹带气体的混合流中的此等粒子磨损的经 改良方法，所述方法包括使得所述混合流以16.8米/秒到25.9米/秒的气流速度接触高速分 离构件并借此从所述混合流移除至少99.8%的所述催化剂粒子，其中所述改良包括:使具 有流向轴线的所述混合流经受预处理步骤，所述预处理步骤先于使所述混合流以16.8米/ 秒到25.9米/秒的所述高气流速度与所述分离构件接触，所述预处理步骤以从7.6米/秒到 15.2米/秒范围内的较低气流速度结合远离所述混合气流的方向改变发生，所述方向改变 为距所述流向轴线至少90度，且所预处理步骤与速度和方向改变的组合使得从所述混合流 移除大于80 %的所述催化剂粒子，使得小于20 %的所述催化剂粒子接触所述高速分离构 件，所述经改良方法提供根据相关性
，所计算的总催化剂磨损率，其中r为磨损 率(每小时磨损的催化剂质量/每小时冲击的催化剂质量），K为催化剂特定之磨损率常数，u 为所述冲击速度(米/秒），且μ为比在并无所述预处理步骤情况下的所述总催化剂磨损率至 少小15%的固气装载比率(催化剂质量比气体质量）。
[0006] 在替代性实施例中，本发明进一步提供一种用于在将催化剂粒子与夹带气体分离 期间最小化夹带于催化剂回收构件中的此等粒子与所述夹带气体的混合流中的此等粒子 磨损的经改良设备，所述经改良设备包括经设计而以16.8米/秒到25.9米/秒的气流速度接 收所述混合流，并借此从所述混合流移除至少99.8 %的所述催化剂粒子的一或多个高速旋 风分离器，其中所述改良包括:位于所述一或多个旋风分离器的汲料腿状物上方的混合流 导流板，且其中所述混合流导流板能够改变所述速度和方向，从而借此从所述混合流移除 来自催化剂粒子与夹带气体的所述混合流的大于80 %的所述催化剂粒子，使得20%以下的 所述催化剂粒子冲击所述高速分离构件，其中所述混合气流速度在接触所述混合流导流板 之后为从7.6米/秒到15.2米/秒且混合气流方向在接触所述混合流导流板之后距接触所述 混合流导流板之前的混合流轴线至少90度。
【附图说明】
[0007] 出于说明本发明的目的，图式展示示范性形式;然而，应理解本发明不限于所展示 的精确配置和工具。
[0008] 图1为经改良设备的第一实施例的示意图；且
[0009] 图2为经改良设备的第二实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0010]本发明的实施例提供一种用于在将催化剂粒子与夹带气体分离期间最小化夹带 于催化剂回收构件中的此等粒子与夹带气体的混合流中的此等粒子磨损的经改良方法，所 述方法包括使得混合流以16.8米/秒到25.9米/秒的气体流速接触高速分离构件，并借此从 所述混合流移除至少99.8%的催化剂粒子;和用于在将催化剂粒子与夹带气体分离期间最 小化夹带于催化剂回收构件中的此等粒子与夹带气体的混合流中的此等粒子磨损的经改 良设备。
[00?1 ]经改良方法和设备提供根据来自莱本根(Reppenhagen)和维特(Werther)的粉末 技术(第113卷第55到69页(2000))的相关性所计算的总催化剂磨损率；即
，其 中r为磨损率(每小时磨损的催化剂质量/每小时冲击的催化剂质量），K为催化剂特定的磨 损率常数，u为冲击速度(米/秒），且μ为比在无预处理步骤的情况下的总催化剂磨损率至少 小15%的固气装载比率(催化剂质量比气体质量）。
[0012]虽然尤其合适为应用于分离丙烷脱氢催化剂，但经改良方法也用于分离液固反应 系统中的其它催化剂粒子，包含(例如)其它烷烃脱氢催化剂，例如乙烷脱氢催化剂、丁烷脱 氢催化剂、戊烷脱氢催化剂、乙苯脱氢催化剂、丙基苯脱氢催化剂和甲基乙基苯脱氢催化 剂。经改良方法可用于分离用于液固反应系统中的再其它催化剂粒子，例如甲醇制烯烃、醇 制烯烃、烃裂解催化剂、烃脱蜡催化剂和氢化裂解催化剂。
[0013] 用于方法实施例中的分离构件包含旋风分离器和使用离心力或冲击力以实现粒 子分离的其它装置(例如，涡旋分离器）。
[0014] 在特定实施例中，催化剂特定之磨损率常数K大约为100X l(T9S2/m。
[0015] 在一个实施例中，高速分离构件为二级旋风系统，其包含以从16.8米/秒到22.9 米/秒范围内的气体进入流速操作的初级旋风器和以从18.3米/秒到25.9米/秒范围内的气 体进入流速操作的二级旋风器。
[0016] 在替代性实施例中，除混合流导流板为圆盘之外，本发明提供根据之前实施例中 的任一者的经改良方法和对应经改良设备。在特定实施例中，圆盘具有为升管直径的1倍到 2倍的直径。从1到2的所有个别值和子范围全被包含在本文中且公开在本文中；举例来说， 圆盘直径可为升管直径的1.5倍到2倍，或在替代方案中，圆盘直径可为升管直径的1倍到 1.5倍，或在替代方案中，圆盘直径可为升管直径的1.25倍到1.75倍。
[0017] 在特定实施例中，升管帽与升管顶部之间的区域具有为升管自身面积的1倍到3倍 的圆柱形面积。从1到3的所有个别值和子范围全被包含在本文中且公开在本文中；举例来 说，升管与圆盘之间的开口面积可为升管面积的2倍到3倍，或在替代方案中，升管与圆盘之 间的开口面积可为升管面积的1倍到2倍，或在替代方案中，升管与圆盘之间的开口面积可 为升管面积的1.5倍到2倍，或在替代方案中，升管与圆盘之间的开口面积可为升管面积的 1.75倍到2.25倍。图1中部分展示一个此示范性实施例。经改良设备1展示为具有二级旋风 分离器系统，所述系统具有两对旋风器3,每一旋风器具有于混合流导流板2的安置下方延 伸的汲料区段(dip leg)4。如图1中所展示，混合流检测器2呈以升管5的高度安置的圆盘之 形状，使得混合气流以从7.6米/秒到15.2米/秒范围内的速度冲击混合流导流板。
[0018] 在另一替代性实施例中，本发明提供根据之前实施例中的任一者的经改良方法和 对应经改良设备，除混合流导流板包括具有中心点和外缘的板和从外缘延伸的多个臂之 外，其中臂包括轴向远离中心点且朝下的弯曲部。图2中展示一个此示范性实施例。参看图 2,经改良设备1同样展示为具有两阶段旋风分离器系统，所述系统具有两个旋风分离器3， 每一旋风分离器具有于混合流导流板2下方延伸的汲料区段4。如图2中所展示，混合流导流 板2具有四个臂8从其延伸的中心点6。每一臂8从中心点6朝外且朝下弯曲。图2中展示可选 臂侧板10。
[0019] 在替代性实施例中，混合流导流板可成形为朝下弯曲的板，其中板的中心点为导 流板的最高点。在又一实施例中，混合流导流板可成形为半球，其中半球极点为导流板的最 高点。在另一实施例中，混合流导流板成形为锥体，其中锥体顶点为导流板的最高点。在另 一实施例中，混合流导流板成形为锥台，其具有相比底表面具有较小面积的顶表面，其中顶 表面为导流板的最高点。如可从前述内容看出，所属领域的技术人员将理解混合流导流板 可具有任何适当形状，使得适当地改变混合流的速度和方向。
[0020] 结合气流速度在冲击分离构件或与分离构件连接之后介于16.8米/秒（55英尺/ 秒)与25.9米/秒(85英尺/秒)之间的那些系统使用本发明的经改良方法和/或经改良设备。 16.8米/秒与25.9米/秒之间的所有个别值和子范围全被包含在本文中且公开在本文中。举 例来说，改良可用于如下系统中：气流速度在冲击分离构件或与分离构件连接之后介于 16.8米/秒与25.9米/秒之间，或在替代方案中为介于16.8米/秒与20米/秒之间，或在替代 方案中为介于18.5米/秒与24.5米/秒之间，或在替代方案中为介于22.6米/秒与25.9米/秒 之间。
[0021 ]本发明的预处理步骤和/或混合流导流板使得将混合流的气流速度改变为7.6米/ 秒到15.2米/秒的范围。从7.6米/秒到15.2米/秒的所有个别值和子范围全被包含在本文中 且公开在本文中；举例来说，预处理步骤可带来7.6米/秒、8.6米/秒、9.6米/秒、10.6米/秒、 11.6米/秒、12.6米/秒、13.6米/秒或14.6米/秒的气流速度下限到8米/秒、9米/秒、10米/ 秒、11米/秒、12米/秒、13米/秒、14米/秒或15.2米/秒的上限。举例来说，预处理步骤或接触 混合流导流板之后的气流速度可为从7.6米/秒到15.2米/秒;或在替代方案中为从9.6米/ 秒到13.8米/秒，或在替代方案中为从7.8米/秒到12.5米/秒，或在替代方案中为从13米/秒 到15.2米/秒。
[0022]本发明的预处理步骤和/或混合流导流板带来混合流的流向轴线改变为距流向轴 线至少90度。距流向轴线至少90度的所有个别值和子范围全被包含在本文中且公开在本文 中。举例来说，混合流方向在预处理步