专利名称:装有循环液分布器的反应器及其用法的制作方法
本发明涉及应用多孔催化剂床使多相反应物接触的设备和工艺过程。
液体和气体在固体催化剂上进行化学反应时，在相与相之间要获得紧密的接触是有很多困难的。在常规的顺流多相反应器中，气体和液体可经过不同的流动途径。气体在压力阻力最小的方向流动。液体则靠重力沿着滴流途径流到催化剂颗粒的上面和周围。由于缺乏足够的润湿，液体流动不均匀，使部分催化剂床层不能充分利用。
曾有人尝试在多层的催化剂中，沿反应器的纵轴方向上装置夹层式再分配器，以避免不均匀的分布。目前已经研制出许多多相反应器系统。美国专利4，126，539、4，235，847、4，283，271和4，396，538公开了能让各相并流通过催化剂的固定床层反应器。这些反应器是令人满意的，但对于某些用途来说，有效的多相接触一直难以实现。
多相反应器已被应用于脱蜡、加氢、脱硫，加氢裂化、异构化和液体进料的其他处理，特别是重馏分、润滑剂、重油馏分和渣油等等。
一般来说，如果反应物为重质液体和轻质气体，则汽-液分布问题是较为困难的。在催化加氢脱蜡过程中，这些问题尤其困难。含蜡进料和H2通过一种具有约束指数约为1至12的中孔含硅沸石催化剂，例如，一种具有硅铝摩尔比大于12的酸性ZSM-5型五硅铝硅酸盐。
一种较好的操作多相反应器，特别是脱蜡反应器的技术，是在受控制的流动条件下，保持均匀的气-液接触和均匀的液体流量以确保均匀地润湿催化剂，这种操作技术可以使流量和(或)温度分布不均匀的问题减少到最低的程度。
因此，本发明提供一种具有固体催化剂床的供蒸汽和液体接触的反应器，此反应器包括一个气体和液体的入口、一个回收产品的出口和至少一个让蒸汽和液体顺流通过其中的催化剂床，其特征在于床层下装有一个与液体再循环和再分布器相连的液体收集槽，这个再分布器能把槽内的液体再循环到槽上的催化剂床层。
在另一个实施方案中，本发明提供了一个在多相固定床催化反应器中精制石油油料的方法，该方法是使液态油和一种蒸汽在常规的反应条件下通过至少一个多孔催化剂颗粒床层，以生产一种精制煤油，此方法的特征在于把催化剂床下的精制液态油进行再循环，和把精制液态油在催化剂床层上进行再分布。
图1是本发明的垂直反应器的简化工艺图。
图2是反应器的垂直剖面图，说明较佳的液体再循环工艺。
图3是垂直剖面图，说明另一种可供选择的液体循环工艺。
图1示意地画出反应器系统。主要的流体导管用实线来表示，而控制信号则用虚线来表示。垂直反应器10密封及支撑一系列重叠的固定多孔固体催化剂床层12A，12B和12C。管线14中的液态油和气与管线28中的循环液体的混合进料经由入口管114进入反应器10。气体和液体通过床层12A。从床12A流出的液体汇聚成池，16A所显示的是池的顶部。将蒸汽清除并经管线15A通入下一个床层，即12B。液体经管线18抽到泵24。将一种液体经管线28再循环至反应器10的顶部与进料物流14混合。流量控制器20A和阀22A控制循环液流量。借助普通分布塔盘系统，即可把液体和蒸汽均匀分布到床12A上。另一方面，管线18和28可连接至一个内部液体喷咀集管分布器(图中未标出)将再循环液体喷洒到床层12A上。液体产品经管线28A排出，但通常所有经管线18排出的液体都要进行再循环。通过外流环路中的换热器23A，进行热交换，可以调节循环液的温度，这有助于控制床层12A的温度。
从床层12A流出的液体和气体经导管15A流下进入下一个催化剂区，即床层12B。导管15A的高度决定了液面16A的高度，液体溢流入导管15A。用普通措施可将这些溢流液体和蒸汽分布在催化剂床12B上。
泵24B和流量控制器20B为反应物循环至床12B提供了保证，因此在变化的进料速度下，流到床12B的液体流量基本上是均匀的。
床12B及其后的床层的操作和床12A的操作方法相似，相应的单元(已编号)亦根据与床12A，12B和12C的关系用字母A，B和C表示。任意选用的热交换器23A，B和C，使每一股再循环流的温度有可能单独地进行控制。因此亦有可能控制每一个催化剂床段的温度，并可能在各阶段之间进行采样检验以测定每个床层的转化率。
最后一个床层(12C)的液体产品可经由管线28C进行回收。另一方面，或此外，反应器10中存在的蒸汽和溢流液体经由管线134通过常规的后路加工步骤，例如热交换，冷却和汽-液分离，并从汽-液分离器中回收液体产品(图中未标出)。
图2是反应器底部的另一种设计。从最后床层12C排出的液体和蒸汽可用折流板16C予以分离。蒸汽经底部气出口34离开反应器10。液体产品则经由管线28C排出。蒸汽中的氢含量一般比较高，例如70至90摩尔%，因此，把热蒸汽再循环至入口管114(其装置未在图中标明)以增加氢循环和分压是经济的。这种工艺很可能需要一部比用来循环由普通室温分离器出来的冷气所用的压缩机小的压缩机，并且可能提高过程的热效率。此性能可应用于润滑剂加氢脱蜡，加氢裂化或渣油加氢处理。
曾经阐述过应用一系列多孔的催化剂床层使蒸汽与液体互相接触的连续三床层反应器。可能希望使用两个床、四个床或更多的床。各床可使用相同的催化剂，但亦可在每个床中应用不同的催化剂和反应条件。
一套典型的反应器有一个供进料气体和液体反应物流的顶部入口和底部产品回收装置。反应器中最好至少有两个垂直间隔的多孔催化剂床，使顺流的气体和液体反应物互相接触，并装有分布器把液体均匀地分散在每一个床上。在一部两床反应器中，至少要用一个床间液体收集器，构成一个重力自流液收集槽，收集器应有几条管线供排放液体和供把一部分(通常是0至50%)进入收集器的液体送到至少一个在收集器上方的催化剂床的泵和流量控制器使用。在每个床之上可使用装有液体下导管的普通分布器。
图3是另一种反应器设计的垂直剖面图。反应器10有催化剂床12A和12B。从层12A排出的液体和蒸汽通往装有折流板的相分离器16。液体从水平的收集板17流往流出槽118。槽内的液面通过与液位调节器220A连接的压力接头T来确定。出口118L使溶体有可能被排出供循环到床12A或排放到床12B。
可用任何普通技术把液体分布在床层之上，例如分布塔盘喷淋集管30。这种喷淋集管在分隔的点上把液体喷射到下层床12B的表面。可用一层球、筛或孔板来改进分布的情况。液相再次与反应气接触，此反应气经过普通的汽罩或汽孔通过板17。
反应器可包括一个控制槽118中液面的液面控制器和一个控制从槽118流出的循环液流量的控制器20A，以便在变动的液体进料速度下，保持催化剂床内液体的总流速基本上不变。
循环到任何一个床层的量可以改变或保持恒定。可由装置操作人员来调节喷淋集管的流量，亦可使用自动控制器。
而从一种控制方式转换到另一种控制方式就能使一台过程控制计算机可发出或接收来自所有流量测量点的信号。控制系统可产生出表示液体流入反应器入口的液体进料速度的第一个信号和表示液体的再循环量的第二个信号，把第一和第二个信号加起来，并控制液体的再循环量来保持恒定的液体总流量，这样便可保持预定设计的床流量。
本发明适用于各种各样的相间催化反应，特别适用于在高温下用H2处理重油。
从分馏原油得来的润滑剂油料可在一个或几个催化反应器中进行加氢处理、加氢裂化或异构化。一种由Garwood等人在美国第4，283，271号中公开的综合三步润滑油精炼过程将从本发明得到好处。
在典型的多相反应器系统中，在工艺条件下，催化剂区中的平均气液体积比约为1∶4至20∶1。液体进入催化剂层的速度最好是使液体能占空隙体积的10至50%。当液体进料和气体通过反应器时，气体的体积会因反应物的消耗而减少。蒸汽产生、加热或膨胀亦会影响其体积。
采用多相反应器系统有助于达到均匀的分布和大致不变的液体流量。若液体流量太小，在多孔床上的催化剂表面会变得干燥或可能形成过多的气相沟流。控制了两相反应物的流速，也就能保证反应器进行正常的操作。
催化剂床的空隙度最好大于0.25。使用疏松填充的Polylobal或筒形挤压成型催化剂，为均匀润湿催化剂提供充足的液体流动途径，以提高传质和催化作用。
催化剂的尺寸可在较宽的范围内变化。假若在催化反应区容许低空速或长停留时间，则催化剂的最大平均尺寸最好是1至5毫米。
反应器的构型是重要的。一种简单的形式是使用一个垂直的高压容器和一组等截面的堆积式催化剂床。典型的垂直反应器的催化剂床的总长度比平均宽度(即长径L/D)最好是1∶1至20∶1。堆积的催化剂床可以装在同一个反应器壳内。最好是选用水平方向上截面一致的反应器，但是，若适当地调节床的流体速度和相应的循环速度，则亦可采用不一致的构型。
堆积式反应器设计较好。使用并列式反应器时，用泵(而不是利用重力)把液体从一个床层泵送到下游的另一床层，亦可获得同样效果。
本发明对催化加氢脱蜡特别有用，把重石油瓦斯油润滑剂料在液体空速约1小时-1的条件下加在孔隙度(表观体积空隙度)为0.35至0.4的ZSM-5沸石的随意填充的1.5毫米挤压成型催化剂床上，烃油的粘度是0.1至1厘泊。在等速下通入反应气。
虽然图中的实施方案是使用装有重叠式催化剂床的垂直反应器，但是亦可以使用并列式反应器。在此种构型中，多反应器组的容器以串联形式连接。每个催化剂床内均设置液体再循环及分布区，以便在床层进行液体再循环和再分布。相连的催化剂床层均共用共同的气相气氛。有一股蒸汽流从第一个床层毫无阻碍的流到最后一个床层。在任何床层应用的液体再循环和再分布方案与图1和图3所示几乎是一样的。把液体从第一反应器床层输送到第二反应器床层的方法是让液体溢出液体槽，然后被蒸汽流冲到第二反应器床，或者最好是用泵泵送在催化剂床下收集的所有液体，把其中一部分液体在层内进行再循环和再分布，剩馀部份则输送到下一床层。
本发明的工艺过程和设备亦可独立全新使用或翻新装配到现有的只有一个催化剂床的两相反应器中。虽然较好的是把反应器分成多催化剂床，但是透过收集单催化床下的液体，并再循环和再分布一部分从催化剂床层流出的液体将大大改进单床反应器的操作性能，而在单床反应器中，由于单靠新进料流湿润催化剂床是不充分的，或由于进料速度或进料性质的改变而使湿润不充分。
权利要求
1.一套应用一个固体催化剂床使蒸汽与液体接触的反应器，有一个蒸汽和液体入口，一个回收成品的出口和至少一个让蒸汽和液体并流通过的催化剂床，该反应器的特征是在催化剂床下装有一个与液体再分布器相连的液体收集槽，此液体分布器把槽内的液体再循环到槽上的催化剂床。
2.权利要求
1的反应器的另一特征是它有一个控制再循环液体的流量控制器，它可在变动的液体进料速度下使催化剂层内液体总流速基本上保持不变。
3.权利要求
1或2的反应器的又一特征是装在一套单个垂直反应器中的多催化剂床。
4.权利要求
1或2的反应器的再一特征是在并列容器中装有多催化剂床。
5.一种在多相固定床催化反应器中精制石油油料的工艺过程，其方法是在常规的反应条件下，将液态油和蒸汽通过至少一个多孔催化剂颗粒的床层，以生产一种精制煤油，本发明工艺的特征在于把催化剂床下的精制液态油进行再循环和把精制液态油在催化剂床上进行再分布。
6.权利要求
5的方法的另一特征是当油的进料流速改变时，再循环到催化剂床的精制液态油的数量也自动改变，所以，进料速度和再循环速度的总和保持不变。
7.权利要求
5或6的方法的另一特征是将再循环的液态油在催化剂床上面再分布之前进行热交换。
8.权利要求
5至7的任何一项方法的另一特征是在单垂直反应器中装有二至四个催化剂床。
9.权利要求
5至7的任何一项方法的另一特征在于反应器包括至少两个并列的，共用共同气相的催化剂床。
10.权利要求
5至9的任何一项方法的另一特征是进料是一种含蜡的润滑油进料，该进料用至少两个ZSM-5型催化剂床进行加氢脱蜡。
11.权利要求
5至10的任何一项方法的另一特征是把再循环液喷洒在催化剂床层上。
专利摘要
一种应用一个固定床催化剂使蒸汽与液体接触的反应器和工艺过程。将油与反应气(最好是H
文档编号B01J8/04GK86107633SQ86107633
公开日1987年5月13日 申请日期1986年11月3日
发明者理查德·乔治·格雷文, 约翰·克拉伦斯·赞纳 申请人:无比石油公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan