[发明专利]操作中更换填充床中与液气原料流逆流接触的颗粒的方法和装置

说明书

本发明涉及烃原料流在加氢操作过程中更换操作中的催化剂。

更具体地说，涉及到一种在很宽的操作速率范围中，经济地利用加氢操作容器的内部空间的方法及其装置，当烃原料和含氢气体以很高的逆流速率流经填充床时，基本上不引起催化剂填充床的流化作用或沸腾，同时又能使床层以类似活塞式流动的方式流经容器，保持连续或间歇的催化剂更换。这种具有高处理速率的活塞式流动的获得是通过选择催化剂颗粒的尺寸，形状和密度，以防止在设计流速下床层产生膨胀或沸腾，以便在正常操作和更换催化剂过程中，使容器中保持有最大量的催化剂。催化剂是通过在一大型的中间试验运行中测量床层的膨胀率后选定的，中间试验以烃，氢气和催化剂，在设计压力下和在容器的有效反应容积中的流速下进行的。

催化剂从床中的撒出是通过催化剂颗粒在一悬浮液系中的层流实现的，在该悬浮液系中液体的流动管线，即流经反应器同一可承压容器之间的流动通道，包括流经流动控制阀的通道，其直径都是一致的，而且基本上大于催化剂的颗粒。

加氢操作或加氢处理烃原料流中的不希望组份是催化处理烃类以增加其工业价值的熟知方法。“重”液烃流，尤其是原油，石油脚，焦油砂沥青，页岩油或液化煤，或再生油一般都含有污染产物，诸如硫，和/或氮，金属或有机金属化合物等，这些污染物在加氢操作工况下同原料流和氢气接触过程中，有使催化剂颗粒脱去活性的趋势。加氢操作条件一般是在212°F至1200°F（100℃至650℃）的温度范围和在20至300大气压力下进行的。一般地说，加氢操作是在存在着第Ⅵ或第Ⅷ族金属，如铂、钼、钨、镍、钴等催化剂，并配合有如氧化铝，硅石，氧化镁等等具有表面一体积比率高的各种其他金属元素颗粒。

因为这类反应必须在高温高压下使烃原料流同一股含氢气体接触才可进行，所以这一过程方法的主要费用主要是投资在能作此用途的容器以及与之相关的加热炉，换热器，泵和配管上，以及更换污染催化剂的费用。工业上的加氢处理较低成本的原料，例如含污染化合物的原油，其流率要求在每天有数千桶以至十万桶，每一桶液体原料还需并流有10，000标准立方英尺的氢气。能够容纳这种反应过程的容器一般其成本是很高的，一方面需要能经受住氢气对金属的脆化作用，并实现诸如脱金属作用，脱氮作用，脱硫作用等所要求的反应，另方面要经受高温高压下的热裂解作用。举例来说，就冶金学和安全的要求条件而言，每立方英尺催化剂容量的这种容器可能得花700美元，一个每天处理25，000桶烃原料流的这种容器大体上得花4，000，000至5，000，000美元。用于处理在这种压力和温度下的含氢的液体原料的泵，管道和阀门也是很昂贵的，因为它们的压力密封必须在连续几个月的使用期间保持氢气的不渗透。

再有，用在这类反应器的加氢操作催化剂一般含有钛，钴，镍，钨，钼等金属，其总量可能达到500，000磅，而每磅得花2至4美元。因此为了工业运行的经济可行性，过程就必须采用高流率，容器应尽可能地装满催化剂，以便催化剂有最大的活性和长期地运行。此外，更换或更新催化剂的停工时间必须尽可能短。再者，过程的经济性一般还取决于系统处理含各种不同污染物，如硫，氮，金属和/或有机金属化合物等含量的多方面的适应性，这类污染源常出现在资源较为丰富（因而也较便宜）的各种原油，渣油，或液化煤，焦油砂沥青，或页岩油，以及再生油等等中。

在先前的氢加工操作体系中，已知其液烃原料同氢气流，是同向下移动的催化剂同向流动的。这样，催化剂的高填充密度就可得到保证，床层不会产生沸腾或膨胀，但是这一方法，进料中的金属有局部形成沉积物的趋向，堵塞了床层，尤其是在容器顶部的催化剂层中。因此，总的来说，就比较喜欢采用催化剂同工艺流体作逆流流动的做法。不过，正如以上提到的，当过程的供料速度很高时，能留在容器里的催化剂体积可能已少到原先装入量的10%了。在较低的流动速度下，催化剂量可能达到约80%至90%，这样，过程的有效反应空间仍然有些浪费，而且紊流会造成催化剂的轴向混合，干扰了所希望的活塞式流动方式的运动。因此，本发明的一个特定目标，是运行一个逆流操作系统，使催化剂同流体速度的结合，将床层的膨胀限制在10%以下。