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制造方法及图纸

本发明专利技术通过利用交替的气体和液体圆环通道，以不足以使催化剂床产生沸腾的速率输送流体，和利用在液体和气化的设计供料速率下选择催化剂的尺寸、形状和密度，防止在设计的供料速率下填充床发生沸腾的方法，使均匀分布的液烃和氢气连续流经一密实的催化剂填充床，以充满反应器容器的整个容积成为可能。催化剂是通过在一大型的中间试验车间，以烃、氢气和催化剂在设计压力和流速下运行，测量床层的膨胀后选择的。（*该技术在2010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，並配合有如氧化铝，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，並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，本专利技术的一个特定目标，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。也已经知道可采用一系列容器，一个叠置在另一个之上，流体对催化剂的流动，既可以是顺流也可以是逆流。在这样的过程中，通过周期性地关闭各个容器之间的阀门，催化剂就可以重力从上部的容器移动到下部的容器，在逆流系统中，这就可使催化剂从最下面的容器，也即第一级容器中撤出，在第一级容器中，催化剂是最先同污染最大的粗原料接触的。这样烃原料中的大部份主要的污染组份，在烃原料抵达堆叠较高的容器中实现过程的主要转化步骤之前就被除掉了。这样，原料流中的大部分能导致催化剂脱活的组份，在它抵达到-->加在容器最上部的污染最少的催化剂之前也就被除掉了。不过，这样的系统需要有适用于能关闭流窜在管道里的催化剂的各种阀门。这样阀门的寿命是比较短的，而且停工用来更换或修理阀门，其费用也是比较可观的。另一种连续操作的加氢操作系统，是向下移动的催化剂逆流流经一单个容器或一系列的容器，而烃原料流和氢气则以足以产生沸腾的流速向上流经催化剂床。这种沸腾认为是必需的，为的是要能够缓慢地，连续或周期性地从容器的下部把催化剂撒出容器外面。正如以上提到过的，同以原料和氢气同催化剂以适当的接触时间相反应的加氢操作所需的催化剂容积相比较，这一沸腾现象趋向于增加了容器的流体体积。再有，这种沸腾床，当催化剂向下流经上升的原料流时，“细”颗粒有同大颗粒彼此形成分离的趋向。而且常常会发生，尤其在催化剂受到涡流的局部搅动时，其颗粒在高速率的原料流流经床中时会被磨损。取决于细颗粒的大小，它们或者向上移动，污染了产品，或者堵塞了出口滤网，或者它们积聚在反应器里，因为它们无法抵达床层的底部。这种逆流系统也曾经被采用，因为它比较容易从一部分反应的烃和氢气中取出有限数量的沸腾催化剂，尤其是在需要催化剂有一紊流流动，以便从容器底部的中心管上的漏斗状开孔，依靠重力排出催化剂时。然而迄今所建议的是采用催化剂的活塞式流动或填充床流动来缓和这种搅动，这样就保证了向上流经催化剂的液流量中氢气的均匀逸出，总的来说，这种流动是通过限定最大的流速来加以控制，使床层的沸腾或浮动限制在不超过10%的容许范围里。在床层膨胀受限制的更先前的系统，氢气的流速在床层的底部是设计得相当高的，以保-->证在容器的取出点催化剂有相对的紊流，尽管这样做是保证了有紊流，但它也浪费了空间，破坏了催化剂，並让氢气直接夹带着催化剂进入取出管中。这种催化剂的紊流流动对帮助催化剂依靠重力撒出容器显然是必需的。与先前已知的加氢操作在运行中更换催化剂的方法截然不同，本专利技术方法及装置提供一个系统，其中床层的活塞式移动是维持在烃原料流和氢气流经催化剂填充床的高逆流速度的一个很宽的范围上的。这样的填充床流动，基本上保持住了在一给定的容器设计体积中，催化剂有最大的体积和密度，这是通过控制催化剂的尺寸、形状和密度，使床层在所设计的流体流速下基本上不膨胀。合适的催化剂尺寸形状和密度是在一大型的中间试验车间运行中通过测定床层的膨胀确定的，中间试验以烃，氢气和催化剂在设计压力下和流速下运行的，如例2中所特别说明的那样。为了进一步控制这一填充床的流动，容器内部的催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化加氢操作的方法，其中一股向上流动的烃原料流，包括含氢的气体组分，与一向下移动流经反应器容器的催化剂颗粒填充床逆流接触，这一方法包括在该反应器容器的轴向长度上形成一个催化剂颗粒的填充床，催化剂颗粒的尺寸、形状和密度是根据流经该催化剂床，包括该气体组分的烃原料流的平均流速选择的，该烃原料流的流动速率控制在其流量和程度足以使沿催化剂床的轴向长度，催化剂床的沸腾或飘浮维持在１０％以下。

【技术特征摘要】
1、一种催化加氢操作的方法，其中一股向上流动的烃原料流，包括含氢的气体组分，与一向下移动流经反应器容器的催化剂颗粒填充床逆流接触，这一方法包括在该反应器容器的轴向长度上形成一个催化剂颗粒的填充床，催化剂颗粒的尺寸、形状和密度是根据流经该催化剂床，包括该气体组分的烃原料流的平均流速选择的，该烃原料流的流动速率控制在其流量和程度足以使沿催化剂床的轴向长度，催化剂床的沸腾或飘浮维持在10%以下。2、根据权利要求1的方法，其特征是该烃原料流的气体组分和液体组分是通过该气体组分和液体组分交替的同心圆环同时引进催化剂填充床底部的整个横截面上。3、根据权利要求2的方法，其特征是在该催化剂床轴向长度上的一个或几个中间高程上引进冷激气体，並且流进一般是横穿该催化剂床轴线的许多通道里。4、一种当以一个控制的速率，使一股向上流动的液烃原料流和含氢气体组分同一向下移动的催化剂填充床接触，进行加氢操作以防止构成该催化剂填充床的向下移动的催化剂颗粒发生沸腾的过程中，连续地向一反应器容器供应更换用的催化剂的在操作中更换催化剂的方法，该更换催化剂方法包括：选择构成该催化剂床的催化剂颗粒的尺寸、形状和密度，以避免当烃原料和气体组分在所选定的流率下流经催化剂床时，在该催化剂床的主要轴向长度上发生沸腾或飘浮现象;均匀地分布该气体组分流经该催化剂床的整个横截面，以避免在其中发生沸腾或飘浮现象，包括在该床里发生催化剂颗粒的局部再循环;通过至少引进该原料流的气体组分，经过许多同心圆环，以活塞式的流动方式使催化剂床向下移动;同流经支承该催化剂床底截锥形表面的液体组成交替的同心流动通道，以形成该气体和该液体两者，当该催化剂床向下移动时，同心地均匀的向上供料于沿该床轴线的横截面上;以及以一速率添加催化剂至该催化剂床的顶部，以更换从该床底部取出的催化剂，取出的催化剂是在层流的流动状态下以液流的方式，从该床的底部输送出来的。5、根据权利要求4的方法，其特征包括增加的维持该催化剂床向下移动经过该容器的活塞式流动的装置，即至少在该容器的一个中间高程上，让喷进的冷激气体和折流气体向上流经该催化剂床，並侧向地分配该气体流经许多横向延伸的流通通道，该横向的气体流通通道被能把催化剂颗粒向外和向下折流的它的上表面复盖着，每一根这样的流通，包含有许多延长的缝隙，构成了沿横边外缘的纵向间隔的流通通道，用于供该上升的气体和供冷却用的冷激气体作侧向的再分布，和/或供穿经该催化剂床横截面的折流气体作再分布。6、一种向一个正在以一股向上流经一催化剂填充床的原料流，在高温高压下连续运行的反应器容器，周期性地或半连续性地输进和输出催化剂或其它颗粒的方法，这一方法包括：从一个耐压的催化剂料斗，用液流夹带催化剂颗粒的方式，把它输送到该反应器容器的催化剂床的顶部，和从该催化剂床的底部使催化剂流进另一个耐压的催化剂料斗，每一种该液流的流动都是经过横截面积在长度上都是基本上均匀一致的，和直径至少是其中夹带催化剂颗粒直径五倍的通道，该通道还至少包括有一个装在管路上的控制阀门，其通孔直径基本上同该通道的直径相同，和至少一条在该容器和该控制阀门之间的辅助流体进入该通道以冲刷该通道中的催化剂颗粒，和专门阻塞催化剂颗粒进入该流动通道，並利用一个阀门专门控制该催化剂料斗的加压，使使之刚足以超过该反应器容器的压力，以便当将更换的催化剂供向该催化剂床的顶部和从该床的底部撤出催化剂的过程中，产生该液体和夹带催化剂的层流流动，该层流流动的速度，当将催化剂输进和输出该反应器容器时，要能避免催化剂床的飘浮或沸腾。7、根据权利要求6的方法，其特征在于该每一流通通道，都是以含有一个供液流和夹带催化剂流入的部分，其向上地反向流动部分基本上要比该向下的流通通道为短为其特征的。8、根据权利要求6的方法，其特征在于从该反应器容器下部，通过另一流通通道取出催化剂的入口，是布置在支承该催化剂床的锥形滤网中央的无孔截锥部的上方，以便该催化剂是从该催化剂床的一个基本上离开向上流动的液体和气体的同心供料通道的位置取出，该容器同取出管路之间的压力差足以控制离开该容器的液体和催化剂的层流流动。9、根据权利要求6的方法，其特征在于原料是烃和一种含氢气体。10、一种一股原料流向上连续流经一个以重力方式下降的催化剂填充床的过程中，周期性的或半连续式地输进和输出颗粒进入和撤出一个反应器容器的方法，这一方法包括：从一来自一耐压的催化剂供料料斗的流通通道，以层流的方式输送一股带有新鲜催化剂的液流去该反应器容器的顶部，以形成在该反应器容器的轴向延伸的催化剂床，或者用以更换其催化剂;从该反应器容器的下部以层流的方式输送一部分该料流，通过另一流通通道将用过的催化剂输送至一耐压的回收料斗，该料流的每一个流通通道，其长度上的横截面积基本上是恒定的，直径至少比流经的催化剂颗粒的平均直径大五倍，各个流通通道有相应料流的入口部分，而至少其中夹带催化剂流经的反向流动部分基本上在长度上要比该流通通道为短，该流通通道至少还有一个其通孔直径同该...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫C克拉默，詹T麦克科尔，布E斯坦格兰德，乔L舒尔曼，大S斯密斯，罗W巴赫托，
申请(专利权)人：切夫里昂研究和技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]