用流化床反应器进行烃类转化的方法和设备技术

本发明专利技术涉及烃类转化方法。根据该方法，气体或液体烃原料被送入一台循环流化床反应器，其中该原料在高温下和在处于液化状态的颗粒物作用下被转化，且被转化的烃产品以气相形式由反应器移去。根据本发明专利技术，使用有轴向环形横截面并装有多端口旋风分离器（１４、１７；５２、６３）的循环流化床反应器（１－３；４１－４３），旋风分离器用于将颗粒物由气相反应产品中分离。反应空间包括在两个同心装置的圆筒形和／或圆锥壳层表面之间形成的壳间提升管空间（１３；５０）。颗粒物由气相反应产品中的分离是由一台装有百叶窗式叶片的多端口旋风分离器来完成。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用流化床反应器进行烃类转化的方法和设备本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的烃类转化方法。根据本专利技术方法，将要加工的气体或液体烃类原料通入用处于流化态下的循环固体颗粒物质进行操作的反应器(后面称做“流化床反应器”)，在高温和在能够稳定转化过程能量平衡的流化固体颗粒介质存在下，原料在反应器中进行转化。本专利技术还涉及基于权利要求11的前序部分的烃类处理和转化设备。通常都将流化床反应器用于烃类的转化过程。在反应器中，利用气态烃的向上气流，将适于热交换和流态化的催化剂或类似的颗粒物保持在流化状态。典型地，利用一种预流化气体如蒸汽或循环产品气产生最小流化流动。在用其流速线速度被调节到接近最小流化流速的介质操作的普通流化床反应器中，颗粒物保留在反应器流化床中，而不是以显著数量和烃物流一起被带出反应器。反之，如果流速明显高于最小流化流速，流化床的上表面就变得不明确，事实上，形成了一个固体颗粒含量沿垂直方向减少的区域。在足够高的流速下，这种影响导致实际上所有的颗粒物都随同维持流化态的烃物流被带走。于是，必须用旋风分离器将固体颗粒由离开反应器的出口烃物流中分离出来并且直接或经过再生器循环回至反应器底部。这种体系或者叫做循环流化床(CFB)，或者类似地，如果在悬浮固体颗粒中发生化学反应时，叫做循环流化床反应器(CFBR)。在烃类催化裂解技术中使用最普遍的反应器体系之一是FCC装置，它主要包括在快速流化流动状态下操作的提升管(riser tube)(反应器)，在稀释悬浮相状态下操作的，将催化剂由反应产物中分离的几台旋风分离器和操作在流化床状态下的大容量再生器。这种FCC装置的例子可由US Pat．No．4，957，617中阐述的实施例为代表。催化流化床反应器在其它方面的应用实例有-催化重整，-邻苯二甲酸酐或马来酸酐的制备，-->-甲烷的氧化二聚，-费-托合成，-脱氢，-甲烷、乙烷及类似烷烃的氯化和溴化，和-甲醇转化为烯烃或汽油。使用流化床反应器的非催化过程的例子有-热裂解-催化剂再生，和-气化过程。适宜的物理过程例如-干燥，-两种气体间的热交换，和-吸附。在以上列举的过程中，特别是催化裂解、脱氢、费-托合成、甲醇转化为烯烃(MTO)，和还可能有仍处于实验阶段的甲烷氧化二聚，具有重要的经济价值。通常的反应环境有某些固有的缺点。例如，通常流化床反应器的反应时间难以控制，而且催化剂／固体颗粒物与反应器结构之间的磨损是一个主要的设备问题。当要求过程控制于短停留时间及高反应温度时，这些问题特别突出。在按放大设计制造的化学反应器中，气体和固体颗粒两者的停留时间都必须保持不变。但是，固体颗粒在较大直径反应器中的停留时间会变长，因为器壁附近的固体颗粒回流量增加。为了克服这一影响，必须加大流速，这就需要更高的反应器来保证气体停留时间不变。构成过程设备主要部分的分离气体与固体颗粒／催化剂颗粒的设备也受到下面详细讨论的问题的制约：颗粒物和离开反应器的产品气之间的分离是利用离心力在旋风分离器中进行的。一般，旋风分离器具有单口结构，即它们仅有一个颗粒物悬浮体进口喷咀，实际上，单口旋风分离器的最大直径大约是1m，因此，为满足流通容量的要求，必须将一组旋风分离器并联起来，而且要将2或3组沿气流方向串联起来。如果一台旋风分离器能够由气流中分离直径小于15μm的微小颗-->粒，就认为它是有效的。通常，旋风分离器具有盘旋或螺旋式结构。颗粒物悬浮体沿切线方向进入旋风分离器的圆筒部分，典型地当流体在旋风分离器的圆筒和盘旋部分旋转7-9圈后，便在离心力作用下分离出来，形成其继续部分。还有一种轴向旋风分离器，其中流过管道的气体被叶片强制旋转运动，借以将在离心力作用下的固体颗粒推向管壁并在这里由气体中分离出来。最常用的旋风分离器类型是所谓的Zenz旋风分离器，其中各部分的比例是标准化的，可按图和计算公式进行设计。通过增加在旋风分离器中流动圈数，增加入口喷咀处的流速，提高固体颗粒密度，减小入口喷咀孔道的横截面以及降低气体粘度，可提高旋风分离器的分离效率。在一般单口旋风分离器中，固体颗粒流以均匀的高流速气体悬浮喷射流撞击旋风分离器内壁，其典型流速在第一级旋风分离器中是20-25m／s，在第二级旋风分离器中是大约35m／s，在第三级旋风分离器中是大约40m／s。撞击射流流速必须很高，因为旋风分离器入口喷咀宽度(射流宽度)一般是，例如在标准Zenz旋风分离器中，旋风分离器直径的大约四分之一，而且必须将颗粒物在撞击射流的整个宽度上带到旋风分离器内壁附近以达到分离固体颗粒之目的。在这类旋风分离器中，最易受磨损的地方是受悬浮固体颗粒射流冲击的旋风分离器的内壁区域。本专利技术的一个目的是克服现有技术的上述缺点并在一种能提供横向混合(lateral mixing)效率最大的一种新型流化床反应器中实现流态化。本专利技术的另一目的是提供一种可将反应后的固体颗粒以最快的速度和最高的效率由产物气体中分离反应器结构。根据本专利技术，烃类转化在循环流化床反应器中进行，其中反应空间，即反应器流化空间包括在两个同心放置的圆筒之间或同心圆锥之间的轴向环状横截面的壳间空间，典型情况下为液相的原料在该空间是首先蒸发，然后在颗粒物存在和高温下转化为反应产物，该颗粒物可兼有催化剂性能。该原料也可以是气相。反应产物离开反应器后，通常进行蒸馏或用其它方法进行纯化，使之变成有用的镏分。该新型反应器尤其适用于催化裂解和热裂解，脱氢以及甲烷的氧化二聚。此外，根据本专利技术，还使用多入口(下文也叫“多端口”(“multiport”))旋风分离器将颗粒物由反应气中分离，该旋风分离器直接安装在轴向环形反应器提升管空间(riser space)之上。这种安排可以缩短反应停留-->时间，因为多端口旋风分离器比单口旋风分离器能更快、更有效地把颗粒物由反应气流中分离出来。颗粒物可经过固体颗粒回流通道，或下降回流管循环至再生器，该下降回流管由两个同心圆筒之间或同心圆锥之间形成的轴向环形横截面的壳间空间所构成。更具体地说，根据本专利技术的方法的特征可用权利要求1中特征表述部分来说明。此外，根据本专利技术的设备的特征可用权利要求11中特征表述部分来说明。在本专利技术叙述过程中，术语“停留时间”是指烃分子由反应器进料点到旋风分离器出口管的平均停留时间，所说时间在0．05-10s之间变化，典型的是0．1-5s之间，术语“高温”是指100-1000℃的温度。该反应器适用于如下过程：催化裂解和热裂解、脱氢、费-托合成、马来酸酐制备、甲烷氧化二聚及其它一些过程。术语“反应产物”用以表示由以上所说过程得到的产物。因此，反应产物可能包括，例如主要含轻烯烃如丙烯、正丁烯、异丁烯和戊烯的裂解和脱氢产物。术语“固体颗粒”用以表示在反应空间形成悬浮体的颗粒物。如果反应器是用来进行催化反应，典型的颗粒物包括固体催化剂颗粒。当反应器用于热过程时，颗粒物由用于将热量或物质传入或传出反应空间的惰性粒子所构成。催化剂选择要适应过程要求。因此，催化裂解典型地是使用天然或合成的硅酸铝、沸石和氧化铝。通常的沸石包括沸石X和Y，它们可以被镧系元素稳定化。脱氢过程可以使用例如铬-铝氧化物催化剂。一般，本专利技术最适用于需要短停留时间的高温吸热和放热过程。例如催化裂解或热裂解、脱氢、费-托合成、MTO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烃类转化方法，在该方法中 －一种气体或液体烃原料被通入一台循环流化床反应器，其中该原料在高温下和在保持流化状态的颗粒物作用下进行转化，并且 －转化的烃产品以气相形式由反应器中被移去 其特征在于 －它使用循环流化床反应器（１－３；４１－４３），该反应器有轴向环形横截面并装有用于将颗粒物与气相反应产品分离的多入口旋风分离器（１４、１７；５２、６３）。

【技术特征摘要】
FI 1996-8-30 9634041．一种烃类转化方法，在该方法中-一种气体或液体烃原料被通入一台循环流化床反应器，其中该原料在高温下和在保持流化状态的颗粒物作用下进行转化，并且-转化的烃产品以气相形式由反应器中被移去其特征在于-它使用循环流化床反应器(1-3；41-43)，该反应器有轴向环形横截面并装有用于将颗粒物与气相反应产品分离的多入口旋风分离器(14、17；52、63)。2．根据权利要求1的方法，其特征在于反应空间包括一个在两个同心放置的圆筒和／或圆锥壳层表面之间形成的壳间提升管空间(13；50)。3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于所说过程的停留时间是0．05-10s。4．根据权利要求1-3的任何之一的方法，该方法用于由气相反应产品中分离颗粒物，其特征在于使用一台装有百叶窗式叶片(14；63)的多端口旋风分离器。5．根据权利要求1-4的任何之一的方法，其特征在于在520-650℃的过程温度下，使用0．5-5s的停留时间，对含轻柴油、重柴油和／或轻残油的原料进行催化裂解，以制备轻烯烃如丙烯、丁烯或戊烯和／或汽油。6．根据权利要求5的方法，其特征在于被污染的催化剂由反应器输送到一台再生器进行再生，和于再生步骤后由再生器回到反应器。7．根据权利要求6的方法，其特征在于污染的催化剂在另一轴向环形横截面的循环流化床反应器中进行再生，且该反应器与用来转化烃原料的反应器同心安装。8．根据以上权利要求1-4任何之一的方法，其特征在于在650-950℃的过程温度下，使用0．2-0．5s的停留时间，对含残油的原料和／或其它含重质烃及一定量挥发馏分的原料进行热裂解，以便制备轻质烃。9．根据以上权利要求1-4任何之一的方法，其特征在于在500-750℃的过程温度下，使用0．4-2s的停留时间，对含戊烷、异丁烷、正丁烷、丙烷和／或乙烷的原料进行脱氢反应，以便分别制备戊烯、异丁烯、丁烯、丙烯或乙烯。10．根据以上权利要求1-4任何之一的方法，其特征在于在800-900℃过程温度下，使用0．08-0．3s的停留时间，用氧进行天然气的氧化以便使甲烷二聚。11．根据以上权利要求1-4任何之一的方法，其特征在于在700-1300℃的过程温度下，对含烃原料进行热气化或催化气化以便制备合成气。12．一种用于在热的流化态颗粒物作用下进行烃转化的反应器，所说反应器包括-具有至少基本垂直对准的纵轴的反应空间(13；50)，-与所说反应空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：S罗图，K凯里艾宁，J希尔图宁，
申请(专利权)人：福图石油及煤气公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]