流体固体接触装置的制作方法

本发明涉及流体固体接触装置。

背景技术：

在操作低表观速度的流化床系统中，例如气泡的气体空隙易于形成，从而减少气体与固相之间的接触。在某些情形下，使用例如百叶板、地下格栅、结构化填料或其类似物等内部构件来使气泡破裂和/或防止气泡的形成，以便降低或消除不充分固/气相接触的负面影响。

在典型的丙烷脱氢过程中，在催化剂调节区、燃烧器、反应器汽提器和反应器自身中均需要内部构件。地下格栅是极佳的选择，这是因为其使大气泡破裂成小气泡，同时不限制床中的径向运动。

在通过阻挡容器敞开区域中的一些的给定内部构件的气体的给定速度和通量下，床将溢流，这将不允许固体反混到下层且将使得过量携出物到达内部结构的顶层。因此，敞开区域和相关联气体速度必须严格控制在0.1ft/s到10ft/s限制内。基于固体通量和容量气体流动速率，最小敞开区域可计算为避免溢流。另外，例如地下格栅等内部构件的间隔必须设定为避免气体在结构的一侧向上流式传输。最后，归因于由高温引起的较大力和金属移动，必须使用独特的机械设计来解决此移动，而不在容器或内部构件上产生过量应力。

技术实现要素：

在一个实施例中，本发明提供一种流体固体接触装置，包括容器；第一栅格组合件区段，包括彼此水平地间隔开的多个水平弦杆和插入于水平弦杆之间的多个栅格平台；其中每个水平弦杆包括具有充足机械强度以经受容器中流化力的结构部件；多个支座，附接到容器的内表面且周向间隔开以支撑结构部件；且其中每个结构部件支撑于多个支座中的一个或多个上。

附图说明

出于说明本发明的目的，在图式中示出示例性形式；然而，应理解，本发明不限于所示出的精确布置和工具。

图1是流体固体接触装置的第一实施例的纵向剖面示意图；

图2是流体固体接触装置的栅格组合件区段的第一实施例的透视示意图；

图3是流体固体接触装置的栅格组合件区段的第二实施例的特写透视示意图；且

图4是说明用于本发明装置的支座的第一实施例的示意图。

具体实施方式

参看图1，说明了流体固体接触装置的第一实施例。装置包含围封一个或多个栅格组合件区段20的壳体或容器10。每个栅格组合件区段20由彼此水平间隔开的多个水平弦杆30和插入于水平弦杆之间的多个栅格平台40(如图2中所示出)形成。每个水平弦杆30包括具有充足机械强度以经受容器10中的流化力的结构部件。

如图2和图3中示出，水平弦杆30具有结构部件，所述结构部件具有大体上i横杆或倒t横杆形状。结构部件的形状配置成使得栅格平台40可安置于结构部件的部分上。如图3中所示出，结构部件包括底板32、从底板32的中心线朝上延伸且由顶板37封盖的中心板34且其中栅格平台40可支撑于底板32和/或顶板37上。虽然图3说明水平弦杆30的特定形式，但是应理解，水平弦杆可具有任何形状，条件是其支撑或固持栅格平台40。举例来说，水平弦杆30可由具有充足强度以经受容器10中的流化力的平坦结构部件制成。如图3中所进一步示出，中心板34可以任选地包含销钉36可插入到其中的开口35，使得销钉36在栅格平台40上方延伸，以防其朝上移动。开口和钉桩法仅说明特定实施例。可使用任何方法来防止栅格平台40的抬起。举例来说，可使用夹具、系杆或类似紧固件。替代地，例如悬伸唇缘等水平弦杆30的结构组件可用于防止栅格平台40的朝上抬起。本公开进一步提供根据本文中所公开的任何实施例的装置10，例外为水平弦杆30进一步包括弦杆30的一个或两个端部上的端盖(未示出)。端盖可配置成改善支座上或内水平弦杆30抵抗容器中流化力和/或热或压力引发的膨胀和/或收缩的固持。水平弦杆30之间的水平距离大体上取决于容器的大小和既定用途以及水平弦杆的强度。在特定实施例中，通过确定栅格平台40可跨越的且保持高达2psi浪涌力的距离来确定此水平距离。

每个栅格组合件区段进一步包括多个栅格平台40。跨越两个水平弦杆30或跨于最外弦杆与支座之间的每个栅格平台40可包括一个或多个区段。栅格平台40可完全或部分填充水平弦杆30之间的空间。栅格平台可任选地成形为允许容器10的其它内部部件的通过。举例来说，在图2中，栅格平台40中的开口42将准许例如催化剂输送管17等另一容器内部构件的通过。栅格平台40包括形成流动阻碍且能够使在容器10中流动的气泡破裂的任何结构。此类结构包含地下格栅、百叶板、填料、圆杆、管、平杆、角铁和其类似物。本公开进一步提供根据本文中所公开的任何实施例的装置，例外为栅格平台40包括由选自以下组成的组中的一种或多种：地下格栅、百叶板、填料结构或其中两种或多于两种的组合。如图2中所示出，栅格组合件结构可任选地包含由最外水平弦杆30a和30b和支座50固持在适当位置的一个或两个端部栅格平台44。跨越两个水平弦杆30或跨于最外弦杆与支座之间的每个栅格平台40可包括一个或多个区段。举例来说，如图2中所示出，栅格平台40可包括三个单独但邻接的区段40a、40b和40c。在其中栅格平台包括多于一个区段的那些实施例中，区段可但不必附接到彼此。

如图1中所进一步示出，容器10可含有多个栅格组合件区段20；具体来说，图1中所示出的四个栅格组合件区段。在特定实施例中，容器10中栅格组合件区段的数目介于1到20的范围内。本文中包含且公开从1到20的所有个别值和子范围；举例来说，栅格组合件区段的数目可在下限值1、5、10或15到上限值2、6、8、12、14或20的范围内变化。

栅格组合件区段中的每一个彼此垂直地间隔开。在整个容器10中，栅格组合件区段的垂直间隔可以是均匀的或可变的。如图1中所示出，每个栅格组合件区段大体上等距地分隔。栅格组合件区段20的数目和栅格组合件区段20之间的垂直距离可在若干英寸到若干英尺范围内变化，这取决于尤其容器10的特定用途、容器10的大小、操作压力、所流化固体的物理特性和容器10中的表观气速。容器10中的表观气速可介于0.1到10ft/s范围内。本文中包含且公开从0.1到10ft/s的所有个别值；举例来说，容器中的表观气速可介于下限值0.1、2、4、6或8ft/s到上限值0.5、1、3、5、7、9或10ft/s范围内。举例来说，容器中的表观气速可介于0.1到10ft/s范围内，或在替代方案中，介于0.1到7.8ft/s范围内，或在替代方案中，介于0.5到8ft/s范围内，或在替代方案中，介于1到7.7ft/s范围内。在特定实施例中，容器中的表观气速小于8ft/s。如本文中所使用，“表观速度”是整个容器中的气体速度且术语“狭槽速度”是通过栅格平台开口的气体速度，即，未受栅格平台的横杆和固体部分阻挡的气体速度。气体的狭槽速度应介于1到8ft/s范围内。高于8ft/s的狭槽速度可导致溢流且将不允许致密催化剂床形成于容器中。

可使用能够阻挡10％到80％容器敞开区域的内部构件。在特定实施例中，水平绳索可阻挡20％到30％的敞开区域，而地下格栅可阻挡10％到40％的剩余的敞开区域。具有1/4″厚的杆的标准1英寸乘4英寸格栅可阻挡30％的敞开区域。

本公开进一步提供根据本文中所公开的任何实施例的装置，例外为容器用作反应器。

本公开进一步提供根据本文中所公开的任何实施例的装置，例外为容器用作燃烧器。

本公开进一步提供根据本文中所公开的任何实施例的装置，例外为容器用作催化剂调节器。

本公开进一步提供根据本文中所公开的任何实施例的装置，例外为容器用作催化剂汽提器。

本公开进一步提供根据本文中所公开的任何实施例的装置，装置是反应器或燃烧器且呈现顺流向上流动的状态。顺流向上流动意指平均气体和固体流朝上流动，但一些固体可能反混。

本公开进一步提供根据本文中所公开的任何实施例的装置，装置是催化剂调节器或催化剂汽提器且呈现气体朝上流动且固体朝下流动的逆流流动状态。流动是指特定流的平均速度且不排除反混。本公开进一步提供根据本文中所描述的任何实施例的流体固体接触装置，例外为装置用作脱氢反应器，其中到装置中的主要原料由选自以下组成的组：乙烷、丙烷、丁烷、正丁烷、异丁烷、异丁烯、正丁烯、乙苯、异丙苯和其两个或多于两个的任何组合。

通过使用围绕容器10的内表面15间隔开的支座50在容器内将栅格组合件区段20固持在适当位置。支座50直接或间接地附接到内表面15且提供将水平弦杆的端部放置到其上或其中的水平突出部分55。支座50的放置使得支座50支撑或固持水平弦杆30。图4说明支座50的一个实施例。如图4中所示出，突出部分55附接到板57。板57可以是直接地附接到金属容器的内表面15，或替代地，可附接到可直接地附接到内表面15的一个或多个接口(未示出)，例如相容的金属板。任选地，支座50可完全或部分缠绕、包覆或涂布有一个或多个耐火材料(未示出)。如图4中进一步所示出，支座进一步包含从突出部分55的任一侧朝上延伸的两个侧轨58。侧轨58和突出部分55形成槽道，水平弦杆的端部可安放到所述槽道中。在一个实施例中，水平弦杆的端部安置于槽道内，使得其可在容器的操作期间随热膨胀和收缩移动。在替代实施例中，每个水平弦杆30栓接或以其它方式附接到支座50，使得横杆可随温度和/或压力的变化而移动。再次参看图4，可以看出侧轨58中的每一个包含任选的缺口，以限制从突出部分55和侧轨58到板57上的热传递。虽然图4说明支座的一个实施例，但是本发明的范围中包含其它结构，条件是每个支座能够支撑水平弦杆30的端部，同时准许热膨胀和收缩。举例来说，在替代配置中，水平弦杆的端部可配置成在无轨的情况下拟合于支座的水平突出部分上方的通道或管道。替代地，支座可由突出部分、侧轨和顶部形成，由此形成水平弦杆的端部可放置到其中的通道或管道。

如先前所述，在特定实施例中，流体固体接触装置可用作反应器、燃烧器、催化剂调节器或催化剂汽提器。也就是说，流体固体接触装置可在广泛范围的条件下使用。

在特定实施例中，流体固体接触装置用于烃的脱氢、流化催化裂化或甲醇到烯烃的过程。在另一实施例中，流体固体接触装置用于低级烷烃的脱氢以形成其对应的烯烃，或用于低级烯烃的脱氢以形成其对应的二烯烃。在特定实施例中，流体固体接触装置的主要原料是c3、c4和/或乙苯烃进料。

当用作脱氢反应器时，在流化脱氢反应器(即，本发明的流体固体接触装置)中，基于重量比重量以5比100的催化剂进料与烃进料的比率，使烃进料与包括符合geldarta或geldartb分类要求的催化剂进料接触；其中任选地已将烃进料和催化剂进料预加热到约400摄氏度(℃)到约660℃的温度；在脱氢反应器中，其中烃进料与催化剂进料的平均接触时间为约1秒到约10秒；且脱氢反应器中的温度维持在约550℃到约750℃的反应温度；且脱氢反应器中的压力在反应器的出口处维持在约41.4千帕(kpa)到约308.2kpa(约6.0到约44.7磅/平方英寸绝对压力，psia)。

在本发明的大多数实施例中，反应温度高于500℃且优选地高于550℃。在特定实施例中，反应温度从500℃，优选地550℃，更优选地570℃到760℃。平均接触时间应足够长以使可接受量的起始烃进料脱氢，但只要不产生不可接受量的副产品即可。虽然需要的接触时间涉及具体进料、(一种或多种)催化剂和(一种或多种)反应温度，但是在本发明的优选实施例中，在脱氢反应器内的接触时间小于60秒，优选地小于10秒，更优选地小于8秒，且再更优选地小于7秒。因此接触时间可介于约0.5或约1到约10秒，优选地约0.5或约1到约8秒，且更优选地约0.5或约1到约7秒的范围内。

反应器内催化剂的平均停留时间优选地低于约500秒，优选地介于约5到约240秒，更优选地约20到约150秒，且再更优选地约25到约100秒的范围内。这些时间的应用往往会减少过程所需要的催化剂的量，使得能够降低催化剂存量。继而，相较于一些现有技术过程，此类存量提供降低运行和资金成本的优势。

在脱氢反应器中所提供的催化剂停留时间和平均接触时间下，可由热的新鲜的或再生催化剂供应于主要部分中的反应混合物的所施加温度合乎需要地介于约500℃到约800℃，优选地约550℃到约760℃且更优选约600℃到约760℃的范围内。本领域的技术人员将理解前述化合物的脱氢反应本身吸热且在这些温度范围内一些柔性可在一些情况下通过根据设施的整体过程设计的需要适当修改其它变量获得。

温度还将受用于本发明过程的脱氢反应器的类型影响。可采用多种类型，提供在起始烃进料和催化剂进料的之间此类提供物流化接触。适合反应器类型的实例可包含顺流或逆流流化反应器、提升管反应器、下降管反应器、快速流化床反应器、鼓泡床反应器、扰流反应器或其组合。在一个优选实施例中，反应器为在其下部部分中的快速流化床或扰流反应器和在其上部区段中的提升管反应器的组合。在另一个实施例中，快速流化或扰流反应器可经由平截头体连接到单独的提升管反应器。在某些实施例中，反应器可为热壁反应器或冷壁反应器，且在任一种情况下可加耐火材料衬里。其可由例如不锈钢或碳钢等用于流体催化裂化(fcc)或石化加工的常规材料制造，且期望质量能够承受包含温度、压力和流动速率的加工变量。在特定实施例中，其中反应器为具有顺流上升流的流化反应器，将在其下部端处发现在脱氢反应器中的最高温度，且在反应继续且催化剂和反应混合物上升时，朝向反应器的上部端温度将以梯度降低。参见例如美国专利第8,669,406(b2)号，其公开内容以全文引用的方式并入本文中。反应器的尺寸一般取决于可适用的设施的过程设计，且此类过程设计一般将考虑其建议的能力或产量、重量每小时空间速度(whsv)、温度、压力、催化剂效率，和在期望选择性下转化成产物的进料的单位比率。

在更特定实施例中，反应器可包括两种可定义区段，使得下部区段可以等温或接近等温的方式运行，如在快速流化或扰流上流反应器中，而上部区段可以更多的塞式流动方式运行，如在提升管反应器中。举例来说，在先前所描述的特定实施例中，脱氢反应器可包括充当快速流化或扰流床的下部区段和充当提升管反应器的上部区段，结果为平均催化剂和气流并行地朝上移动。如在本文中所使用的术语，“平均”是指净流，即，全部向上流减去逆流或反流，通常与流化颗粒的特性一样。

脱氢反应器的可适用的操作压力较广的，从而在其中本发明方法应用于改造设备的实施例中，能够使得基于在可适用的经济时如允许通过将用于改造的任何现有设备进行优化。有经验的从业者将很好地对此进行一般理解。一般来说，压力可介于6.0到44.7磅/平方英寸绝对压力(psia，约41.4千帕，kpa，到约308.2kpa)的范围内，但是对于包含c3和c4脱氢的大多数实施例优选地采用更窄的选择范围，15到35psia(约103.4kpa到约241.3kpa)，更优选地15到30psia(约103.4kpa到约206.8kpa)，再更优选地17到28psia(约117.2kpa到约193.1kpa)，且最优选地19到25psia(约131.0kpa到约172.4kpa)。

脱氢过程的whsv可方便地介于约0.1磅(lb)到约100lb的烃进料每小时(h)每lb的在反应器中的催化剂(lb进料/h/lb催化剂)的范围内。举例来说，其中反应器包括充当快速流化或扰流反应器的下部部分和充当提升管反应器的上部部分，表观气速在反应器的下部部分中，可介于其中约2英尺每秒(ft/s，约0.61米每秒，m/s)到约80ft/s(约24.38m/s)，优选地约3ft/s(约0.91m/s)到10ft/s(约3.05m/s)的范围内，在反应器的上部部分中可介于30ft/s(约9.14m/s)到约70ft/s(约21.31m/s)的范围内。在替代但是次优选的实施例中，完全立管类型的反应器配置可在单个高表观气速下运行，例如在一些实施例中在整个中至少30ft/s(约9.15m/s)。

本脱氢反应器中，基于重量比重量(w/w)，催化剂进料与烃进料的比率介于约2到约100的范围内。在针对丙烷脱氢的特定实施例中，比率介于约5到约40，更优选地约10到约36；且最优选地约12到约24范围内。

应注意，在实施例中，例如在上文所描述的两部分反应器中，催化剂通量在反应器的下部部分中优选地介于约1磅每平方英尺-秒(lb/ft²-s)(4.89kg/m²-s)到约20lb/ft²-s(97.7kg/m²-s)范围内，且反应器的上部部分中介于约10lb/ft²-s(48.9kg/m²-s)到约200lb/ft^2-s(489kg/m²-s)范围内。在下降管反应器中，可采用高于约200lb/ft²-s的催化剂通量，但一般不是优选的。本领域的技术人员将能够基于whsv和催化剂进料与烃进料的比率适当地调整催化剂通量。

当流体固体接触装置用作燃烧器时，将至少部分失活的催化剂的部分转移到流体固体接触装置的实施例，且使用由焦炭燃烧自身和补充燃料产生的热量，将至少部分失活的催化剂的部分加热到500℃到850℃的温度以燃烧沉积于催化剂上的焦炭，加热产生经加热的、进一步失活的催化剂(在脱氢的情况下，但不在结合流体催化裂化或甲醇到烯烃的操作使用时)。

在其中流体固体接触装置在脱氢过程中用作燃烧器的情况下，将部分失活的催化剂加热到至少660℃但不超过850℃的温度，优选地介于700℃到770℃，且更优选地720℃到750℃的范围内。此外，对于脱氢反应器，优选的是，充当再生区域的部分且将在其中燃烧(即，使用含氧气体氧化)焦炭以形成co2的燃烧器包括充当快速流化、扰流或鼓泡床的下部区段和充当立管的上部区段。这使得燃烧器能够在平均催化剂和气流并行地朝上移动的情况下运行。在此配置中，内部构件在使气泡破裂和促进燃料、空气和催化剂混合方面至关重要。代替地，设计实现平均催化剂流朝下和平均气流朝上的另一可能的配置包括快速流化、扰流或鼓泡床。不管配置，用于再生器的燃烧的热量来自以下的组合：沉积焦炭的燃烧，即，焦炭自身由于氧化反应的供应热量；和补充燃料的燃烧，其针对未产生足够的焦炭来驱动反应器中反应的过程。如本文中所使用的术语，“补充”意指除焦炭自身之外燃料。

燃烧器中的此过程的whsv可方便地介于约0.1到约100lb的空气加燃料进料每小时(h)每lb的在燃烧器中的催化剂(lb进料/h/lb催化剂)的范围内。举例来说，在燃烧器包括充当快速流化或扰流反应器的下部部分和充当提升管反应器的上部部分的情况下，其中表观气速在反应器的下部部分中可介于约1英尺每秒(ft/s，约0.3公尺每秒，m/s)到约80ft/s(约24.38m/s)，优选地约2ft/s(约0.61m/s)到10ft/s(约3.05m/s)的范围内，且在燃烧器的上部部分中介于20ft/s(约6.09m/s)到约70ft/s(约21.31m/s)的范围内。在替代但是次优选的实施例中，完全立管类型的燃烧器配置可在单个高表观气速下运行，例如在一些实施例中在整个中至少30ft/s(约9.15m/s)。

应注意，在实施例中，例如在上文所描述的两部分燃烧器中，催化剂通量在燃烧器的下部部分中优选地介于约1磅每平方英尺-秒(lb/ft²-s)(4.89kg/m²-s)到约20lb/ft²-s(97.7kg/m²-s)范围内，且燃烧器的上部部分中介于约10lb/ft²-s(48.9kg/m²-s)到约200lb/ft²-s(489kg/m²-s)范围内。在下降管燃烧器中，可采用高于约200lb/ft²-s的催化剂通量，但一般不是优选的。本领域的技术人员将能够基于whsv和催化剂进料与空气/补充燃料进料的比率而适当地调整催化剂通量。

燃烧器中的压力介于15到50psia且更优选地25psia到40psia的范围内。

当流体固体接触装置用作催化剂调节器时，对经加热的进一步失活的催化剂进行调节步骤，所述调节步骤包括将经加热的进一步失活的催化剂维持在至少660℃(对于脱氢过程)或至少500℃(对于fcc或甲醇到烯烃过程)的温度，同时将经加热的进一步失活的催化剂暴露于含氧气体流持续一段时间。

调节还出现在过程的再生区域内且可在包括例如快速流化、扰流或鼓泡床的再活化区中实现。在特别优选的实施例中，再活化区配置使得平均催化剂流朝下且平均气流向上，即，对应于燃烧器的流的流，但是其它配置也是可能的。烯烃脱氢过程中的此调节步骤可包括将经加热的进一步失活的催化剂维持在至少660℃但不超过850℃，优选地700℃到770℃，且更优选720℃到750℃的温度，同时将其暴露于含氧气体流。合乎需要地进行调节，使得催化剂在含氧气体中的平均催化剂停留时间超过两分钟。任选地，可使用不含超过0.5摩尔百分比(mol％)氧的气体来汽提再生催化剂，以去除滞留于催化剂颗粒和/或催化剂颗粒的内侧之间的含氧气体分子。

当用作催化剂调节器时，本发明装置中的表观气速可介于0.05到4ft/s的范围内，或在替代方案中，介于0.05到2fts范围内，或在替代方案中，介于2到4ft/s范围内，或在替代方案中，介于0.1到1ft/s范围内，或在替代方案中，介于0.2到0.5ft/s范围内。

当用作催化剂调节器时，本发明装置中的催化剂通量介于0.1到20lb/ft²sec之间，或在替代方案中，介于0.1到10lb/ft²sec范围内，或在替代方案中，介于10到20lb/ft²sec范围内，或在替代方案中，介于0.5到5lb/ft²sec范围内。

当用作催化剂调节器时，本发明装置中的压力介于15到50psia范围内，或在替代方案中，介于15到32psia范围内，或在替代方案中，介于33到50psia范围内，或在替代方案中，介于25psia到40psia范围内。

流体固体接触装置还可用作反应器汽提器。在此应用中，装置中的催化剂通量介于5到50lb/ft²sec范围内，或在替代方案中，介于5到25lb/ft²sec范围内，或在替代方案中，介于25到50lb/ft²sec范围内，或在替代方案中，介于10到40lb/ft²sec范围内。反应器汽提器中的表观气速可介于0.1到4ft/s范围内，或在替代方案中，介于0.1到2ft/s范围内，或在替代方案中，介于2到4ft/s范围内，或在替代方案中，介于0.2到1.5ft/s范围内。反应器汽提器的压力介于6.0到约44.7范围内，或在替代方案中，介于6到25psia范围内，或在替代方案中，介于25到44.7psia范围内，或在替代方案中，介于15psia到35psia范围内。反应器汽提器中的温度介于400到750℃范围内，或在替代方案中，介于400到575℃范围内，或在替代方案中，介于575到750℃范围内，或在替代方案中，介于450到650℃范围内。

在不背离本发明精神和基本属性的情况下可以其它形式实施本发明，且因此，应参考所附权利要求书而非前文说明书来指定本发明的范围。