[发明专利]在流化床反应器内的连续催化剂再生

说明书

技术领域

本发明提供了催化反应器，其中催化剂在反应器自身的室中连续地再生。该催化反应器适用于大量化学反应的实施。

背景技术

在化学工程方法中，使用催化流化床反应器是已知的。

在流化床反应器的室内放置吸管(aspiration tube)以促进固体物质在所述反应器(ICBF反应器)内的循环也是已知的。

同样已知的是将所述催化反应器与和其相邻布置的再生器组合，以及建立从反应器到再生器的废催化剂物流和从再生器到反应器的再生催化剂物流。当催化剂失活相对快(一般经过大约几秒或几分钟的周期)并且催化剂需要频繁再生时，此类型的系统是合适的。这些系统特别地用于将烃类转化为含氧烯烃。文献US6,437,208、US2007/0203383和US2010/0028224提供了这些系统的实例。

Zhang等人的题为Hydrodynamics of a novel biomass autothermal fast pyrolysis reactor:flow pattern and pressure drop,在Chem.Eng.Technol.32:27-37(2009)中的文章描述了用于生物质催化热解的反应器，其中随着生物质和催化剂的进入在中心部位发生热解，同时使催化剂上的沉积物在反应器的外围区域中燃烧。然而，该反应器设计不适合其中催化剂在反应区内的停留时间为了最优效率的目的而必须相对长(例如约几个小时)的反应。

为了优化在气相中的化学反应的实施，现有技术的催化流化床反应器不适合允许独立于用于再生的催化剂物流而有效地控制反应气体流速，或者有效地为再生器供热(US4,623,443；US3,057,923；US2003/073751；US2,872,472；EP340852)。

目前，不存在非常紧凑并且允许操作条件的最优控制的设备，所述操作条件特别是对于其中催化剂失活具有在大于分钟并且小于月数量级的特征持续时间的反应。

发明内容

本发明首先涉及催化反应器，其包含室和布置于所述室内的分离装置，所述分离装置划定出至少一个反应区和至少一个再生区，所述反应区通过反应物流进料装置供应并且在出口连接到第一气体取出装置，所述再生区通过再生物流进料装置进料并且出口连接到第二气体取出装置，所述反应器包含在所述反应区内的催化剂颗粒的流化床，所述分离装置所述催化剂颗粒从所述反应区到所述再生区的通过，并且所述反应器适于包括使催化剂颗粒夹带到允许它们返回到所述反应区的所述再生区中。

根据本发明的反应器的特征在于所述反应区内的催化剂床的最大横截面与总共的所述再生区的最大横截面之比为1-100，优选为5-50。

根据一个实施方式，所述分离装置包含管状壁，所述反应区位于管状壁的外部，并且所述再生区位于所述管状壁的内部。

根据一个实施方式，所述反应区内催化剂床的最大横截面与总共的所述再生区的最大横截面之比更特别地为10-20。

根据一个实施方式，所述再生区包含顶部和底部，所述顶部具有低于(小于)底部的横截面的横截面，所述底部适于包括催化剂颗粒的流化床，并且所述顶部适于夹带(entrain)所述催化剂颗粒。

根据一个实施方式，所述催化反应器包含在室内的下部栅格(grid)，其适合于将催化剂颗粒维持在其上，且在分离装置和下部栅格之间设置空隙以允许催化剂颗粒从反应区到再生区的通过。

根据一个实施方式，所述催化反应器在反应区内包括挡板系统，在该挡板系统和分离装置之间形成间隙。

根据一个实施方式，所述催化反应器包括用于将背压气体注入所述间隙的装置。

本发明也涉及伴随地包含如下的化学反应方法：

-通过催化剂颗粒的流化床的反应物流向布置于反应器的室内的反应区中进料，

-在所述反应区的出口处取出包含反应产物的物流，

-使用分离装置使催化剂颗粒从反应区通到布置于反应器的室内的再生区中，

-通过再生物流向所述再生区进料，

-使催化剂颗粒再生并将该催化剂颗粒气动夹带到所述再生区，

-在所述再生区的出口处取出废气，和

-使夹带的催化剂颗粒返回到反应区。

根据一个实施方式，在再生器(提升管(riser))顶部的气体进料独立于在再生器的下部的气体进料，因此使得能够更加有效地控制压头损失和因此控制循环固体流速。

根据本发明，所述化学反应的特征在于催化剂的失活时间是再生时间的1-20倍。