[发明专利]用流化床反应器进行烃类转化的方法和设备

说明书

本发明涉及烃类转化方法，本发明还涉及烃类处理和转化设备。

根据本发明方法，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。

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。