用于乙苯脱氢制备苯乙烯的改进方法技术

本发明专利技术公开了提高气流催化剂床反应器装置的催化剂寿命和效率的方法。反应器包括外部反应容器、内部排代圆筒、和在排代圆筒周围的环形催化剂床。在排代圆筒的顶部一半加上至少一个挡板，改善反应器和催化剂床中气体流动的均匀性。还公开了改善气体流动均匀性的方法，包括采用实际反应器条件摹拟流体流动；在排代圆筒反应外表面上加上挡板，改进摹拟的流体流动。通过将挡板从内部惰性空间固定到反应外表面上，在排代圆筒上加上挡板。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及苯乙烯制造的领域，具体涉及用于乙苯脱氢为苯乙烯单体的包括反应器的设备。苯乙烯生产领域皆知，可使乙苯在脱氢催化剂如氧化铁上，在约1000°F的升高温度和约10-20Psia压力下反应，从苯环上的乙基脱去氢，形成苯乙烯分子。通常是在苯乙烯径流式反应器(通常还称作EB脱氢反应器)中进行。脱氢反应器通常是一个长的直立圆筒结构，其尺寸很大，直径约为5-13英尺或更大，高度约为10-100英尺或更大。这种反应器的通常结构是在位于直立反应器底部中心的进气口通入乙苯气体，气体通过环形区域向上流动，并通过氧化铁或其它合适脱氢催化的多孔催化剂床径向向外流动，然后通过外环区域向上流动，从反应器壳的顶部排出。由于乙苯是径向流动通过催化剂床，这些反应器有时被称作“径流”式反应器。通常，径流式反应器的尺寸应使催化剂床内流动环形面积与输送乙苯至反应器的进气管流动横截面积成一定的比例。催化剂床内的流动环形区域宜大于进气管流动横截区域。因为这样的反应器增加了垂直长度，通常连接在反应器底部的进气管必须以较陡的90°范围进入，产生的效果是在反应器中的流动左右分布不均。到反应器的进气管理想的应是一根直的垂直管，在进入反应器前有相当长的距离，但是因为机械构造上的限制，会由于增加了反应器垂直高度而不可能。还因为在增加垂直长度的反应器内流动的性质，从纵向或轴向流动切换到径向或横向流动，然后又返回到纵向流动，在常规反应器中，从顶部到底部通过催化剂床的流速变化很大，因此导致在反应器中最大流速区域的催化剂寿命缩短。经实验和流速测量发现，在径流式反应器的催化剂床层中最大进料速度一般发生在靠近反应器的顶部，而催化剂床中的最小速度发生在接近进口管的反应器底部。在催化剂床上部流速的提高和在催化剂床下部流速的降低，会使靠近反应器顶部的催化剂寿命显著缩短，并使得为进行该反应器中催化剂再生而停车比通常要求的早得多。结果，有必要改善反应器中轴向和垂直方向的流动。颁布于1994年10月25日的美国专利5,358,698(Bulter等)转让给了Fina Technology,Inc。该专利公开了一种通过使用一个排代圆筒(指在反应容器中放置的一个圆筒体，起排除占据一定空间的作用)来改善脱氢反应器中流动的方法。此专利揭示的内容参考结合于此。通过’698专利中揭示的方法虽然可以改善流体流动，但仍需要进行进一步的改进，以提高催化剂的效率。本专利技术公开一种脱氢反应器装置，该装置包括一个排代圆筒，并在该圆筒外壁上使用了一些特定的挡板，其作用可减小在反应器高度上垂直流动的差异。挡板固定在排代圆筒上，不必拆卸该反应器。挡板在一些特定位置固定在排代圆筒外壁，以降低反应器较高流速区域的流速。一个实施方案中，在反应器上半部加上至少两个挡板，使流体更均匀地流过反应器。根据本专利技术的一个实施方案，现有的一般脱氢反应器经翻新改进，可提高流速，延长催化剂寿命。翻新改进反应器，首先需分析现有反应器的条件和催化剂负荷。对反应器中流体的流动改善进行摹拟。一旦摹拟条件反映了实际操作后，就摹拟了流体流动的改进。这些改进包括在流速较高的位置在排代圆筒上加上挡板。通过摹拟确定挡板的位置、尺寸和数量，用以提供尽可能的均匀流体流动。进行了摹拟后，在排代圆筒外壁上，加上实际的挡板，此时不需要拆卸该反应器。挡板最好加在反应器上半部处，并延伸不超过从排代圆筒到催化剂床内壁距离的一半。这种方法可产生最佳压降，同时使其最小。附图说明图1是本专利技术一个实施方案的反应器和挡板位置的截面示意图。图2是本专利技术改进的反应器内归一化流速分布图。工业中的趋势是为了降低操作成本，而采用较大反应器制造苯乙烯。虽然这里是针对乙苯脱氢形成苯乙烯的反应器描述本专利技术，但是本专利技术可用于改进具有固定催化剂床的任何大型反应器的操作。图1是EB脱氢反应器10的截面图，该反应器有一个长的圆筒外壳11，在圆筒11内部同心地有一个排代内圆筒12。圆筒外壳11和排代圆筒12一般是直立圆筒，即垂直于这两个容器纵向中心线的横截面为圆形。排代圆筒12最好是共轴地位于容器11内，即两个圆筒结构的中心纵轴一致。有较大横截面积的进气管13连接到壳体11底部的中心进气口14。进气管13的横截面最好也为圆形。在容器10内共轴安装的排代圆筒12，其作用是在排代圆筒周围形成一环形催化剂区域18。在催化剂床的外壁上或可形成许多径向向外延伸的流动挡板，径向向外延伸是进一步对气体通过催化剂床进行导向，并使它们径向流动，防止纵向流动，并使催化剂床中的流动更为稳定。一旦装了这些催化剂床的挡板，若不停工时间长和拆卸该反应器，就不能改变挡板位置。催化剂床18是由穿孔或多孔的圆柱形内壁和同样是多孔或穿孔的圆柱形外壁同心构成的催化剂壳体。较好的，催化剂壳体应足以使流速最大，但又能在外壁和内壁之间保持住脱氢催化剂。脱氢过程常用的一些典型催化剂是UnitedCatalyst销售的催化剂(Styromax系列)和Criterion销售的催化剂(如Versicat系列)。这些可以是氧化铁类型或其它脱氢类型的催化剂。催化剂颗粒的形状和大小可以改变，会对反应器内的流动有一定影响。进气管13的截面积与排代圆筒12和催化剂床18之间的环形截面积21(内环)的尺寸较好的是约2-1之比的范围，环形截面积约为进气管13截面积的两倍。而且，在催化剂床18和容器11之间的环形区域22(外环)比较窄小，没有足够的空间在该区域中进行改装或操作。要在容器壁11内部进行任何操作，必须除去催化剂床18。这就需要高成本和长的停工时间。出气管5和出气口6是供从反应器排出产物用的。图中表示了根据本专利技术一个实施方案的挡板30、31和32。这些挡板影响着通过反应器的气体流动，但与可能在进气管13中的挡板或催化剂盘中的挡板起的作用不一样。由下面的讨论可知，本专利技术特别适用于对现有反应器进行改进。对一种现有反应器，按照已知的方法进行稳态流动摹拟。一个实施方案中，使用一个两维轴对称反应器模型进行冷态流动。几何空间中划分为约14000个六面体小室。采用从接受改装的装置过去实际操作数据得来的平均温度、分子量和比热。下表列出代表性的操作条件。表1 还考虑了催化剂床的孔隙率。这就考虑了催化剂的形状和粒度。考虑了各种催化剂包括表面光滑的、成形的、棱条形的情况。催化剂颗粒直径为3-3.5毫米，长度为4-9毫米。这种催化剂床的密度为70-95磅/英尺3。催化剂床的孔隙率在反应器操作期间会改变，在操作终点达到其最小值。计算了反应器几何体中每一小室内的速度和压力。流体流动摹拟的计算是本领域已知的，本专利技术不涉及其计算的方法。对类似于图1所示，但没有挡板30、31和32的反应器的流动分布，表明反应器床上部的20％和下部的20％在大于标准LHSV下操作。而中间的60％在小于标准LHSV下操作。因此，在反应器下半部的流速随流动距离而下降，而在上半部的流速随流动距离而提高。上半部流速提高的原因是外环上压降比内环上的压降高的缘故。在下半部，流速提高的原因是内环上压降比外环高的缘故。已经确定，对于改装一个现有反应器来说，改善气体流动的最好方法是在替换圆筒中，在一些特定高度位置装置一些特定尺寸的挡板，用以提供接近均匀的流动。在内环的上部加上环或挡板，可以提高内环的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气流催化剂床反应器装置，包括外部反应容器、内部排代圆筒、和在具有上半部和下半部的排代圆筒周围的环形催化剂床，其改进包括在排代圆筒上半部加上至少一块挡板，用以改善反应器和催化剂床中流体流动的均匀性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：KE普林斯，ME勒杜，H图德，LM格雷米林，
申请(专利权)人：弗纳技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]