CN103998129A - 具有独立循环回路的多个燃烧区 - Google Patents

Abstract

催化剂的连续再生方法，其中再生段包括至少两个分离区。再生包括燃烧区和氧气促升区，其中方法使用至少两个独立的再生气体回路以控制使催化剂再生的氧气的量。

Description

具有独立循环回路的多个燃烧区

优先权陈述

本申请要求2011年12月15日提交的美国申请No.13/327,156的优先权。

发明领域

本发明涉及将烃进料流转化成有用烃产物的方法。特别地，本发明涉及废催化剂的连续再生以再用于烃转化方法中。

发明背景

烃，特别是石油作为混合物由地下产生。该混合物通过在反应器中分离和加工料流而转化成有用的产品。烃料流转化成有用的产品通常通过在反应器中的催化方法。催化剂可以为固体或液体，且可以包含载体上载的催化材料。特别地，广泛使用载体上载的催化金属。催化金属包括铂系金属以及其它金属。在烃的加工期间，催化剂随时间过去而减活。减活的一个主要原因是催化剂上焦炭的产生和积累。焦炭的聚集阻断催化剂上的催化部位。催化剂的再生通常通过除去焦炭而进行，其中焦炭在高温下用具有氧气的气体燃烧。这些方法可以以连续方式随着催化剂循环通过反应器和再生器而进行，或者方法可以以半连续方式进行，例如用多个固定床进行，其中一个床拿掉料流以使催化剂再生，同时其它床连续操作。

用连续再生方法，使循环气体连续通过再生器中的燃烧区并除去含有燃烧产物的烟道气。燃烧方法通过循环气体中的氧含量控制。循环气流包含一部分烟道气和另外新燃烧气体料流，同时将另一部分烟道气从再生器中排出。这帮助保持燃烧气体的温度以及设置将废催化剂和燃烧气体连续加入再生器中，同时连续取出再生的催化剂和烟道气的稳态条件。

催化剂再生方法公开于Williamson的US5,053,371和Capelle等人的US6,048,814中，以通过燃烧将焦炭从催化剂颗粒中除去。该燃烧方法可能损害催化剂，且对燃烧方法的更好控制方法对改进反应器-再生器循环中的催化剂的寿命而言是重要的。产生更好的方法容许催化剂通过再生器的更多循环并提高催化剂的寿命。这可通过方法和再生器控制的改进而实现。

发明概述

本发明提供改进的催化剂再生方法。该方法包括使废催化剂料流进入第一或上部再生区中以通过催化剂上的碳的可控燃烧而使催化剂部分地再生。部分再生的催化剂进入第二或下部再生区中以使催化剂完全再生。该方法包括使包含氧气的第一再生气体进入第一或上部再生区中，和使第二再生气体进入第二或下部再生区中。再生气流为独立的气流以提供对单独气流的体积和氧含量的控制。

本发明的其它目的、优点和应用由本领域技术人员从以下详细描述和图中获悉。

附图简述

图为再生区和使氧化气流循环以使流过再生器的催化剂再生的阐述。发明详述

本发明为催化剂的连续再生方法。最常见的应用是焦炭从含有铂系金属的催化剂颗粒中的脱除，且本发明最常用的方法是链烷烃至烯烃的催化脱氢方法。烯烃转化方法中的再生器描述于Price等人于2009年9月8日提交的US7,585,803，通过引用将其全部并入本文中。

目前的再生器设计包括在总燃烧区中的两个区。这些是上部燃烧区和氧气促升区(oxygen boost zone)。用该设计，下部区中的最大氧浓度受总氧消耗和总燃烧区中促升区的百分数限制。通常，这意指氧气促升区中的最大氧浓度为2％，其中燃烧气体分成70％至上部燃烧区中和30％至氧气促升区中。可使该方法更有效，且想要提供氧气促升区的氧浓度提高。优选的水平是将氧浓度提高至氧气促升区中燃烧气体的5体积％。

用现有设计，用额外氧气或含氧气体增强并引入氧气促升区中的循环气体的部分循环气体通过上部燃烧区而不耗尽氧气。这导致离开再生容器的总循环气体的氧浓度提高至上部燃烧区的相对高水平。该相对高水平的氧对于上部燃烧区中的适当可控燃烧是不能容忍的。这要求将额外的稀释气体引入上部燃烧区中以降低上部燃烧区中的氧浓度。结果是循环气体、烟道气排放和设施使用的提高。分离这两种循环气流提供更多的控制。

设计本发明以改进控制并改进催化剂的再生。该方法包括使废催化剂料流进入再生器中，其中再生器包含上部再生区和下部再生区。催化剂进入上部再生区中并通过至下部再生区中。第一再生气流进入上部再生区中以使催化剂上的焦炭燃烧，并产生燃烧烟道气，将其从再生器中除去。废催化剂在上部再生区中部分再生并作为部分再生的催化剂料流进入下部再生区中。第二再生气流进入下部再生区中以产生再生的催化剂料流。第一和第二再生气流为独立的料流以提供对各料流中氧气的量的控制并控制各燃烧区中的燃烧。

参考附图进一步描述该方法。将废催化剂颗粒料流12连续地引入再生器10中。尽管术语连续在此处应用于该方法，但方法更多是半连续方法，其中将少量催化剂从反应器中取出并基于相对连续的基础进入再生器中。催化剂颗粒向下流过由保留筛22、24限定且位于燃烧区30中的环形区域20。燃烧区30分成上部燃烧区32和也称为氧气促升区34的下部燃烧区34。上部燃烧区32通过挡板40和分开的下部烟道气收集装置42与下部燃烧区34分离。当催化剂颗粒向下流过上部燃烧区32时，第一再生气体与催化剂颗粒接触以将催化剂颗粒上的碳燃烧。催化剂颗粒缓慢地流过上部再生区以提供足够的时间使碳燃烧。催化剂在上部区中具有3-5小时的平均停留时间，优选的时间为3.5-4.5小时。

使用第一鼓风机52使第一再生气体循环通过第一再生气体回路50以使再生气体循环，其中来自上部或第一燃烧区32的烟道气进入第一再生气体回路50中。烟道气由一氧化碳、二氧化碳、水、未反应的氧气和燃烧段中产生的其它非反应性气体构成并作为烟道气从再生区中取出。再生气体为形成循环气体回路的烟道气，其中将烟道气流连续地从方法中取出并与含氧气体54混合以补充消耗的氧气并作为第一再生气体返回初始燃烧段中。将一部分烟道气排出以保持连续稳定的再生气体流。在作为第一再生气流进入上部燃烧区中以前，将烟道气加热至燃烧温度。第一燃烧温度为450-600C，优选的温度为470-500C，更优选的温度为470-485C，且温度的操作控制为大约477C。将氧气54加入再生气流至0.5-2体积％的水平，优选的范围为0.5-1.5体积％。再生气体包含具有额外氧气的循环气体并进入上部燃烧区中。监控循环气体中的氧含量并根据需要加入额外氧气以使氧含量在所需范围内。氧含量控制燃烧以防止对催化剂和进行燃烧的设备的损害。如果需要进一步控制氧含量，则对气体组成的其它控制包括加入氮气流56作为稀释剂。在可选方案中，在将气流加入第一再生气流中以前可将含氧气体与氮气混合。

上部燃烧区通常不能燃烧掉沉积于催化剂上的所有碳。本发明包括下部燃烧区34，其中使用分开的再生气体以完成燃烧方法并烧掉催化剂上的残留碳。

进一步加工催化剂并从上部燃烧区32流入下部燃烧区34中，在那里，催化剂与第二再生气流接触以除去残留碳。下部燃烧区也称为氧气促升区。使用第二鼓风机62使第二再生气体循环通过第二再生气体回路60以使再生气体循环，其中来自下部或第二燃烧区34的烟道气进入第二再生气体回路50中。烟道气由一氧化碳、二氧化碳、水、未反应的氧气和燃烧段中产生的其它非反应性气体构成并通过分开的回路烟道气收集装置42作为烟道气从再生区中取出。第二再生气体为形成第二循环气体回路60的烟道气，其中将烟道气流连续地从方法中取出并与含氧气体64混合以补充消耗的氧气并作为第二再生气体返回下部燃烧段中。将一部分烟道气排出以保持连续稳定的第二再生气体流。在进入下部燃烧区中以前，将烟道气加热至第二燃烧温度。第二燃烧温度为500-600℃，优选的温度为550-570℃，温度的操作控制为大约560℃。如果需要进一步控制氧含量，则对气体组成的另一控制包括加入氮气流66作为稀释剂。在可选方案中，在将气流加入第二再生气流中以前可将含氧气体与氮气混合。

操作和确定下部燃烧区或氧气促升区的尺寸以容许催化剂在下部区中停留1-3小时，优选的平均停留时间为1.5-2.5小时。氧气促升区中的氧浓度大于上部燃烧区，并控制至2-5体积％的水平。

在从催化剂中除去碳以后，进一步加工催化剂以将催化金属再分布于载体上。从催化剂中除去碳的燃烧方法倾向于使金属颗粒聚集。这会使催化剂效力差并会降低催化剂的寿命。金属颗粒可通过与含卤素气体接触而再分布于催化剂表面上。因此，使离开氧气促升区34的催化剂颗粒进入卤化区36中。卤化区36优选在相同的容器中以使外部处理最小化，以及使在容器之间转移期间催化剂的加热和冷却的量最小化。含卤素气体通过卤化气体回路70的入口进入卤化区36中。含卤素气体接触催化剂并使催化金属再分布在催化剂表面上。气体向上流过卤化区36并在卤化气体收集装置72处收集。卤化收集装置72优选为固定在氧气促升区34的内筛底部上的不透性挡板，且具有固定在卤素气体循环管76上的出口74。卤素循环系统可包含用于使气体循环的分开的鼓风机，以及用于除去湿气的合适干燥器和用于在催化剂流过卤化区36时从催化剂中除去残余流出物的吸附剂床。优选的含卤素气体包含气体氯作为活性卤素。

在再生以后将催化剂干燥。燃烧方法产生水作为燃烧产物之一，且水可吸附在再生的催化剂上。水的存在不利地影响该方法且在催化剂返回反应器中以前需要除去。在一个实施方案中，催化剂干燥在再生器10中进行。催化剂从卤化区36流入干燥区38中。干燥气体80进入干燥区38中并流过再生的催化剂以除去任何残留水。在进入干燥区38中以前，将干燥气体加热至390-510C。干燥气体分布在干燥区38周围并向上流过向下通过干燥区38的催化剂。干燥的持续时间极大程度地取决于区38的高度。确定该区的尺寸以提供催化剂颗粒至少4小时的平均停留时间。干燥气体向上流过干燥区38和卤化区36并通过出口74离开再生器。干燥且再生的催化剂在再生器10的底部通过催化剂出口82取出。

尽管已关于目前认为是优选实施方案的那些描述了本发明，应当理解本发明不限于所公开的实施方案，而是意欲涵盖包括在所附权利要求书范围内的各种改进和等价配置。

Claims (10)

1.催化剂再生方法，其包括：

使废催化剂料流进入上部再生区中；

使包含氧气的第一再生气流进入上部再生区中，由此产生部分再生的催化剂料流；

使部分再生的催化剂料流进入下部再生区中；和

使包含氧气的第二再生气流进入下部再生区中，由此产生再生的催化剂料流；

其中第一再生气流和第二再生气流为独立的料流。

2.根据权利要求1的方法，其中使用第一气体鼓风机和第一气体循环回路使第一再生气流进入上部再生区中。

3.根据权利要求1或2的方法，其中使用第二气体鼓风机和第二气体循环回路使第二再生气流进入下部再生区中。

4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中上部再生区在450-500℃的温度下操作。

5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中下部再生区在500-600℃的温度下操作。

6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中催化剂在下部再生区中具有1-3小时的平均停留时间。

7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中催化剂在上部再生区中具有3-5小时的平均停留时间。

8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其进一步包括使经再生的催化剂料流进入卤化区中，和使催化剂与含卤素气体接触。

9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中第二再生气流中的氧浓度为2-5体积％。

10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中第一再生气流包含具有加入的氮气的第一循环气流以控制第一再生气体的氧含量，且第二再生气流包含具有加入的氮气的第二循环气流以控制第二再生气体的氧含量。