專利名稱：操作中更換填充床中與液氣原料流逆流接觸的顆粒的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及烴原料流在加氫操作過程中更換操作中的催化劑。
更具體地說，涉及到一種在很寬的操作速率范圍中，經(jīng)濟地利用加氫操作容器的內(nèi)部空間的方法及其裝置，當烴原料和含氫氣體以很高的逆流速率流經(jīng)填充床時，基本上不引起催化劑填充床的流化作用或沸騰，同時又能使床層以類似活塞式流動的方式流經(jīng)容器，保持連續(xù)或間歇的催化劑更換。這種具有高處理速率的活塞式流動的獲得是通過選擇催化劑顆粒的尺寸，形狀和密度，以防止在設計流速下床層產(chǎn)生膨脹或沸騰，以便在正常操作和更換催化劑過程中，使容器中保持有最大量的催化劑。催化劑是通過在一大型的中間試驗運行中測量床層的膨脹率后選定的，中間試驗以烴，氫氣和催化劑，在設計壓力下和在容器的有效反應容積中的流速下進行的。
催化劑從床中的撒出是通過催化劑顆粒在一懸浮液系中的層流實現(xiàn)的，在該懸浮液系中液體的流動管線，即流經(jīng)反應器同一可承壓容器之間的流動通道，包括流經(jīng)流動控制閥的通道，其直徑都是一致的，而且基本上大于催化劑的顆粒。
加氫操作或加氫處理烴原料流中的不希望組份是催化處理烴類以增加其工業(yè)價值的熟知方法?！爸亍币簾N流，尤其是原油，石油腳，焦油砂瀝青，頁巖油或液化煤，或再生油一般都含有污染產(chǎn)物，諸如硫，和/或氮，金屬或有機金屬化合物等，這些污染物在加氫操作工況下同原料流和氫氣接觸過程中，有使催化劑顆粒脫去活性的趨勢。加氫操作條件一般是在212°F至1200°F(100℃至650℃)的溫度范圍和在20至300大氣壓力下進行的。一般地說，加氫操作是在存在著第Ⅵ或第Ⅷ族金屬，如鉑，鉬，鎢，鎳，鈷等催化劑，並配合有如氧化鋁，硅石，氧化鎂等等具有表面一體積比率高的各種其他金屬元素顆粒。
因為這類反應必須在高溫高壓下使烴原料流同一股含氫氣體接觸才可進行，所以這一過程方法的主要費用主要是投資在能作此用途的容器以及與之相關的加熱爐，換熱器，泵和配管上，以及更換污染催化劑的費用。工業(yè)上的加氫處理較低成本的原料，例如含污染化合物的原油，其流率要求在每天有數(shù)千桶以至十萬桶，每一桶液體原料還需并流有10，000標準立方英尺的氫氣。能夠容納這種反應過程的容器一般其成本是很高的，一方面需要能經(jīng)受住氫氣對金屬的脆化作用，並實現(xiàn)諸如脫金屬作用，脫氮作用，脫硫作用等所要求的反應，另方面要經(jīng)受高溫高壓下的熱裂解作用。舉例來說，就冶金學和安全的要求條件而言，每立方英尺催化劑容量的這種容器可能得花700美元，一個每天處理25，000桶烴原料流的這種容器大體上得花4，000，000至5，000，000美元。用于處理在這種壓力和溫度下的含氫的液體原料的泵，管道和閥門也是很昂貴的，因為它們的壓力密封必須在連續(xù)幾個月的使用期間保持氫氣的不滲透。
再有，用在這類反應器的加氫操作催化劑一般含有鈦，鈷，鎳，鎢，鉬等金屬，其總量可能達到500，000磅，而每磅得花2至4美元。因此為了工業(yè)運行的經(jīng)濟可行性，過程就必須采用高流率，容器應盡可能地裝滿催化劑，以便催化劑有最大的活性和長期地運行。此外，更換或更新催化劑的停工時間必須盡可能短。再者，過程的經(jīng)濟性一般還取決于系統(tǒng)處理含各種不同污染物，如硫，氮，金屬和/或有機金屬化合物等含量的多方面的適應性，這類污染源常出現(xiàn)在資源較為豐富(因而也較便宜)的各種原油，渣油，或液化煤，焦油砂瀝青，或頁巖油，以及再生油等等中。
在先前的氫加工操作體系中，已知其液烴原料同氫氣流，是同向下移動的催化劑同向流動的。這樣，催化劑的高填充密度就可得到保證，床層不會產(chǎn)生沸騰或膨脹，但是這一方法，進料中的金屬有局部形成沉積物的趨向，堵塞了床層，尤其是在容器頂部的催化劑層中。因此，總的來說，就比較喜歡采用催化劑同工藝流體作逆流流動的做法。不過，正如以上提到的，當過程的供料速度很高時，能留在容器里的催化劑體積可能已少到原先裝入量的10%了。在較低的流動速度下，催化劑量可能達到約80%至90%，這樣，過程的有效反應空間仍然有些浪費，而且紊流會造成催化劑的軸向混合，干擾了所希望的活塞式流動方式的運動。因此，本發(fā)明的一個特定目標，是運行一個逆流操作系統(tǒng)，使催化劑同流體速度的結合，將床層的膨脹限制在10%以下。
也已經(jīng)知道可采用一系列容器，一個疊置在另一個之上，流體對催化劑的流動，既可以是順流也可以是逆流。在這樣的過程中，通過周期性地關閉各個容器之間的閥門，催化劑就可以重力從上部的容器移動到下部的容器，在逆流系統(tǒng)中，這就可使催化劑從最下面的容器，也即第一級容器中撤出，在第一級容器中，催化劑是最先同污染最大的粗原料接觸的。這樣烴原料中的大部份主要的污染組份，在烴原料抵達堆疊較高的容器中實現(xiàn)過程的主要轉(zhuǎn)化步驟之前就被除掉了。這樣，原料流中的大部分能導致催化劑脫活的組份，在它抵達到加在容器最上部的污染最少的催化劑之前也就被除掉了。不過，這樣的系統(tǒng)需要有適用于能關閉流竄在管道里的催化劑的各種閥門。這樣閥門的壽命是比較短的，而且停工用來更換或修理閥門，其費用也是比較可觀的。
另一種連續(xù)操作的加氫操作系統(tǒng)，是向下移動的催化劑逆流流經(jīng)一單個容器或一系列的容器，而烴原料流和氫氣則以足以產(chǎn)生沸騰的流速向上流經(jīng)催化劑床。這種沸騰認為是必需的，為的是要能夠緩慢地，連續(xù)或周期性地從容器的下部把催化劑撒出容器外面。正如以上提到過的，同以原料和氫氣同催化劑以適當?shù)慕佑|時間相反應的加氫操作所需的催化劑容積相比較，這一沸騰現(xiàn)象趨向于增加了容器的流體體積。再有，這種沸騰床，當催化劑向下流經(jīng)上升的原料流時，“細”顆粒有同大顆粒彼此形成分離的趨向。而且常常會發(fā)生，尤其在催化劑受到渦流的局部攪動時，其顆粒在高速率的原料流流經(jīng)床中時會被磨損。取決于細顆粒的大小，它們或者向上移動，污染了產(chǎn)品，或者堵塞了出口濾網(wǎng)，或者它們積聚在反應器里，因為它們無法抵達床層的底部。這種逆流系統(tǒng)也曾經(jīng)被采用，因為它比較容易從一部分反應的烴和氫氣中取出有限數(shù)量的沸騰催化劑，尤其是在需要催化劑有一紊流流動，以便從容器底部的中心管上的漏斗狀開孔，依靠重力排出催化劑時。
然而迄今所建議的是采用催化劑的活塞式流動或填充床流動來緩和這種攪動，這樣就保證了向上流經(jīng)催化劑的液流量中氫氣的均勻逸出，總的來說，這種流動是通過限定最大的流速來加以控制，使床層的沸騰或浮動限制在不超過10%的容許范圍里。在床層膨脹受限制的更先前的系統(tǒng)，氫氣的流速在床層的底部是設計得相當高的，以保證在容器的取出點催化劑有相對的紊流，盡管這樣做是保證了有紊流，但它也浪費了空間，破壞了催化劑，並讓氫氣直接夾帶著催化劑進入取出管中。這種催化劑的紊流流動對幫助催化劑依靠重力撒出容器顯然是必需的。
與先前已知的加氫操作在運行中更換催化劑的方法截然不同，本發(fā)明方法及裝置提供一個系統(tǒng)，其中床層的活塞式移動是維持在烴原料流和氫氣流經(jīng)催化劑填充床的高逆流速度的一個很寬的范圍上的。這樣的填充床流動，基本上保持住了在一給定的容器設計體積中，催化劑有最大的體積和密度，這是通過控制催化劑的尺寸、形狀和密度，使床層在所設計的流體流速下基本上不膨脹。合適的催化劑尺寸形狀和密度是在一大型的中間試驗車間運行中通過測定床層的膨脹確定的，中間試驗以烴，氫氣和催化劑在設計壓力下和流速下運行的，如例2中所特別說明的那樣。為了進一步控制這一填充床的流動，容器內(nèi)部的催化劑床的高程，是連續(xù)地用伽瑪射線加以測量，以保證床層沒有產(chǎn)生沸騰。這種控制又進一步地得到增進，即氫氣和液烴原料在容器的整個水平橫截面上是以同心圓環(huán)通道的方式交替地均勻地分布到床層的長度方向上去。此外，如所希望的那樣，氫氣是均勻地加以再分布了，如果有必要，在沿催化劑床長度方向上的一個或多個間斷高程上還可經(jīng)過一個冷激系統(tǒng)增加氫氣量，沿填充床的長度在整個水平平面上均衡氫氣和液烴原料的流動可防止催化劑以活塞式的移動方式向下流經(jīng)容器時產(chǎn)生局部的紊流，以及在垂直方向上出現(xiàn)不希望有的輕重顆粒的分離。
根據(jù)本方法，在無沸騰現(xiàn)象的床層中在連續(xù)運行條件下更換催化劑的系統(tǒng)，甚至在床層不產(chǎn)生沸騰的情況下，也可從過程中以較高的液烴進料速度中獲得幫助。在一個較為理想的方案中，催化劑的輸送系統(tǒng)包含一根倒置的丁形管做為排出管，這一管子的開口向下，靠近容器下端的中央，並且直接位于催化劑床氣體和液體圓環(huán)形流通通道中央部分的上方。這樣催化劑的入口就離開了流體的流動范圍，尤其是離開了氣體的流動范圍。在這樣一個較好的方案中，圓環(huán)形流通通道是穿過一個圓錐形或角錐形的濾網(wǎng)或多孔板，這一濾網(wǎng)通過一些徑向分隔，軸向伸長的同心圓環(huán)，或多邊形環(huán)支撐著橫放在容器中的催化劑床，同心圓環(huán)等則由從容器中心延伸至容器圓柱側壁上的徑向梁支承著。每一個圓環(huán)是由一對延展在徑向梁間，直接位于圓錐形濾網(wǎng)下方的周邊形構件做成的，這樣，在每一圓環(huán)的上平面中就形成了一個圓形的氣中，以便在每一對該周邊形構件之間，交替圓環(huán)中的氫氣和液烴就可同時進入催化劑床中。
根據(jù)本發(fā)明的一種更為理想的方案，催化劑是在層流的狀態(tài)下，並以懸浮液的形態(tài)從床中取出和加到容器中去的，以防止在傳送過程中發(fā)生磨損和大小顆粒的分離。取出和供入管路的最小直徑至少是催化劑顆粒平均直徑的五倍，較為理想者是超過20倍。再者，無論是從催化劑供應室至容器，或是從容器至接受室的整條流動管線長度，包括壓力調(diào)節(jié)閥門的隔離用可轉(zhuǎn)動球體的通孔，其直徑都是均勻一致。此外，在每一種情況下，都有一條沖洗用管線連接在隔離閥與容器之間的流動管線上，因此，在球型閥關閉之前，如有必要就可用液烴沖洗催化劑管線，或催化劑細末。最好，但不一定是必需的，催化劑排出管可包括有讓氫氣經(jīng)過排出管流回容器的輔助流動措施，以防止由于排出管或其附近因為缺乏氫氣而結焦。
先前的技術，無論是就整個系統(tǒng)，或者此一系統(tǒng)的主要部分而言，都沒有披露或提出以上列舉的有關特征，這由以下一些專利的披露內(nèi)容可以看出。
美國專利4，312，741，發(fā)明人Jacguin等人，是針對在一加氫處理系統(tǒng)中在運行操作中更換催化劑的方法的，它是通過在一個或多個高程上控制氫氣的供入量的方法。當沸騰床的催化劑逆流流經(jīng)容器，在幾個高程之一中，移動被降慢下來，這是通過縮小水平方向的面積提高氫氣和液烴的流速達到足以使催化劑的向下移動局部地減慢下來。當在每一個這樣的階段中都產(chǎn)生局部的再循環(huán)，迅速流通的新鮮催化劑就被抑制住了，結果就同失活或污染的催化劑混合在一起了。沸騰床幫助了催化劑依靠重力排出容器。在段間帶有閥門的由多個容器構成的披露系統(tǒng)，提出的改良意見是要避免因為催化劑的磨損使閥門的密封破壞或迅速磨耗的危險。
美國專利3，716，478，發(fā)明人Kodera等人，披露了以低的線速度混合供入液烴和氫氣，來避免催化劑床的膨脹(或收縮)。
使流體以低線速度向上流動，在流經(jīng)填充床時，氣泡就可受到控制，不過要在床層的底部，在靠近催化劑排出管的一小橫截面上則使之產(chǎn)生流化作用。這樣有助于催化劑的排出，同時在單個容器的頂部，新鮮的催化劑與污染的催化劑不會發(fā)生反混。容器中床層的高程范圍是在流體流經(jīng)床層容許的床層容積的0.9至1.1(±±10%)范圍。這一系統(tǒng)的一個特別限制是，進行催化反應流體的流動其速度是限制在此一極限上，但在催化劑排出管附近的床層上必須足以產(chǎn)生沸騰。如果不是這樣，則需要從一可滑動的管子噴進輔助的流體。發(fā)明者特別說明，容器下端的直徑是比較小，以使增加紊流，以及使催化劑排出管入口附近的催化劑產(chǎn)生沸騰。催化劑的流化作用對這一過程顯然是主要的，不過所披露的氣體流速是大大地低于工業(yè)上所采用的流速，而且沒有提出試驗催化劑的尺寸，密度和形狀所采用的溫度或壓力。
美國專利4，571，326，發(fā)明人BisChoff等人，是針對通過與液烴和氣體原料逆流流動的催化劑床層的中心取出催化劑的裝置。這一系統(tǒng)特別是針對保證液體原料穿過床層的橫截面時氫氣均勻分布的安排。這種均勻的分布似乎是創(chuàng)造性的，因為床層是在所披露的流動條件下沸騰著。因此，很大一部分反應器的空間是用來在將液烴和氣體送往容器底部的給料分配器之前，讓它們在容器的下端初次地進行混合。原料進一步地在較高的高程上，由位于一截錐形或角錐形的漏斗濾網(wǎng)下面，形狀稱為“蘇爾壽板”或“蜂窩”狀的六邊形管的分配器加以混合。這一安排還包括管子和平板間有一與濾網(wǎng)底邊平行的張開的傾斜表面。而且，為了保持氣體能沿催化劑床的長度分布，可通過延伸在容器中部的星形或環(huán)形總管的向上流動的噴流提供冷激氣體。用過的催化劑的取出安排，在床層的下部至少必須有沸騰現(xiàn)象。正如以上提到的，在引入流體產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象之前，需要有額外的容器空間用以均勻地混合氫氣和原料，這就增加了加氫操作容器的需要尺寸，增加了催化劑的磨耗及催化劑床的混合，因而實際上也就提高了系統(tǒng)的基本建設費用和連續(xù)運行費用。
美國專利4，639，354，發(fā)明人Bischoff等人，比較全面地描述了一種加氫操作的方法，與美國專利4，571，216類似，其中相似的裝置，可獲得通過催化劑床垂直高度的均勻沸騰現(xiàn)象，包括有一冷激氣體的一步。
美國專利3，336，217，發(fā)明人Meaux，是特別針對從一沸騰床反應器取出催化劑的方法。在這一系統(tǒng)，催化劑積集在容器底部，并由一平的泡罩板支承著，可通過長短臂具有特殊體積比例的一根倒置的丁形管取出，丁形管的直徑只適宜于供由原料烴和氣體向上流動引起催化劑沸騰的催化劑用。
美國專利4，444，653和4，392，943，兩者的發(fā)明人都是EuEen等人，披露在一沸騰床更換催化劑的撤出系統(tǒng)。在這兩專利中，引進的流體包括含氫的烴，是通過各種朝下噴射側向或正向作用在支承床層的濾網(wǎng)的錐形上表面上的裝置引入。另一種方法是原料在流經(jīng)一個有彎彎曲曲的通道或一些獨立的管子的分配裝置后，再導入一錐形濾網(wǎng)，在濾網(wǎng)上進行原料液體同氣體的混合。這樣的裝置要用壓力容器的大量體積來保證所需的混合。
美國專利3，730，880和3，880，569。兩者的發(fā)明人都是Van aer Toorn等人，披露了有一系列的催化反應器，其中的催化劑，通過單向閥，依靠重力向下從一個容器移向另一容器。正如以上提出過的，當催化劑在閥門的通道中時，需要開、關閥門以調(diào)節(jié)流率，或者開始或停業(yè)催化劑的輸送。過程流體的供入經(jīng)過催化劑床，可以是順流或者逆流。
美國專利4，259，294，發(fā)明人Van ZijllLangkaut等人，是針對在操作中更換催化劑的體系，是以油漿的方式夾帶催化劑，從反應容器中將催化劑取出或?qū)⑿碌拇呋瘎┕┤敕磻萜鳌７磻獎┑墓┤?，與催化劑在反應器中的流動，既可以是順流，也可以是逆流。催化劑在管路中而能夠關閉的閥門，或者油漿流回后能夠關閉的閥門，要求能密封住反應接收容器中在操作溫度和壓力下帶有催化劑的容器，或者在容器的催化劑取出地段封閉接受催化劑的密封料斗。
美國專利3，470，900，發(fā)明人Carson 4，167，474發(fā)明人Sikama，分別舉出了多個單一床的反應器和多床反應器，其催化劑的更換或是連續(xù)的或是周期性的。進料和催化劑的流動是順流的和/或徑向的。催化劑經(jīng)再生后又回到反應器里，或者除掉。除了有床層內(nèi)部的支承構造，和有助于依靠重力排出催化劑的容器下部形狀外，沒有披露催化劑的撤出系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，這里提出一種周期性或半連續(xù)性地在加氫操作中輸送催化劑進、出一個以要求的速率向下移動流經(jīng)反應容器的催化劑填充床的方法，加氫操作時，烴原料流是以很寬的逆流速率同含氫氣體一同向上流經(jīng)容器。催化劑填充床的這種活塞式流動的取得，是通過選擇形成這一催化劑床的催化劑顆粒的平均密度，尺寸和形狀，使液、氣組分以最大的預期流動速度流經(jīng)催化劑床時，床層的膨脹少于10%。合乎要求的催化劑的這種移動和床高是連續(xù)地加以監(jiān)視，以防止充填過量，並保證產(chǎn)生最小沸騰，防止因而帶來的反應器空間的浪費和催化劑顆粒的分離。氣體在容器的橫截面上和床層的全部容積中都保持流動均勻，以避免床層以活塞式的流動方式向下流經(jīng)容器時產(chǎn)生沸騰，包括局部再循環(huán)或渦流。更為可取的是，原料中的氣體組分是通過許多同心圓環(huán)或多邊形圈加以均勻分布的，它們是由在一截錐形或角錐形支承濾網(wǎng)下的軸向延伸的圓環(huán)和徑向分隔開的同心支座構成的。這些支座再軸向延伸到足以在一對相鄰的環(huán)形支座之間形成許多一對相連的環(huán)形氣室和液烴的同心供料圓環(huán)。這樣，催化劑床就配備了均勻分布的同心圓環(huán)，氣體和液烴兩者就從交替的供料圓環(huán)流經(jīng)向下移動的催化劑床的整個橫截面積。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，在容器中間高程上的供引入冷激氣的系統(tǒng)是以用以維持催化劑的活塞式流動向下流經(jīng)容器的。冷激氣是通過由倒置的V形流道覆蓋著的許多橫向延伸的管子構件引進的。每一流道上都疊置著一根冷激氣供氣管，並用以使在尖點上的催化劑向外和向下折流轉(zhuǎn)向。每一個分配器流道最好沿橫邊的下緣開有許多延長的縫隙。這些縫隙，可供引經(jīng)橫向管子的向上流動的工藝氣體和冷激氣兩者形成氣體的側向再分布通道。
此外，本發(fā)明還涉及在操作中更換催化劑的方法和裝置，而在催化劑床里取出催化劑點周圍的催化劑顆粒不產(chǎn)生局部的飄浮或沸騰，這是通過一對流動通道，使一液烴流以層流的流動方式，流進或流出反應器容器。每一流動通道，在長度上其橫截面積其本上是恒定的，其直徑至少五倍于流動在該反應容器至至少一個，最好是兩個可承壓的催化劑密閉料斗之間的催化劑的平均直徑，這兩個密閉的料斗分別用以向催化床的頂部供應新鮮的催化劑，和徑底部取出用過的催化劑。再者，每一流動通道上至少有一個在管線上的控制閥門，其通孔直徑基本上同流動通道的直徑相同，還有至少一個輔助流體通道，用以引入流動流體用來沖刷來自通道中的催化劑顆粒至漿料通道。最好，沖刷流體是一種液體，可選擇在催化劑未被移動時從管路上倒流的氫流，這樣催化劑顆粒就可被攔阻住進入流動通道，在進入流通管時也可避免結焦。料斗容器要按要求選擇可承受住壓力的，以導致由液體夾帶的催化劑可以層流流動的方式，提供更換的催化劑到反應器容器的上部，並從容器的底部取出用過的催化劑。按照要求，每一流動通道是以一根倒置的丁形管為其特征的，這一丁形管包括一個液流和夾帶的催化劑的入口，反向的向上流動部分，基本上比向下的通道要短些。更為可取的是，反應器容器中取出催化劑的入口部分是安排在錐形的床層支承濾網(wǎng)未開孔的中央部位之上，這樣，催化劑的取出位置是靠近床底，但基本上是離開向上流動的液烴原料和氫氣流的同心供料通道。這樣可避免氣體夾帶在催化劑入口點周圍床層沸騰的催化劑漿料。
這里所指的“催化劑”，包括與原料流能相互作用的其他顆粒，例如吸附劑或其他流體接觸物。
從以上的概述很清楚有幾個明顯的因素是直接屬于有效地利用一給定的工藝容器的，即催化劑床是以活塞式方式流動並同以最大的空間速度與之逆流流動的液烴和氣體流接觸而不發(fā)生沸騰。這些明顯的因素是1)根據(jù)催化劑顆粒的密度，體積和尺寸，可預選烴原料流的流速和壓力;2)在烴流體流動過程中，控制床層的沸騰和/或飄浮;3)催化劑顆粒在移動床中以層流流動的方式進、出流動，供更換或再生催化劑而不發(fā)生床層的沸騰或飄浮;4)烴原料的液體和氣體組分以交替的同心圓環(huán)的供入形式均勻地進到整個催化劑移動床中，這樣可迅速地克服容器中的壓力變化或干擾，並可長時期地(數(shù)千小時)恢復氣、液交替的過程運行;5)氣體組分沿著移動床的軸向長度再分布。
本發(fā)明的進一步的目標和優(yōu)點，從以下有關本發(fā)明的方法和裝置的優(yōu)先實施方案的詳細說明，並結合所附的示圖，就可變的更為明朗。
在附圖中

圖1是典型的加氫操作容器的簡明視圖，是本發(fā)明特別針對的，當催化劑以連續(xù)的活塞式流動的方式流經(jīng)向上流動的液烴和氣流時在操作中更換催化劑的容器示圖。
圖2是同心圓的和徑向的催化劑床的截維形或角錐形濾網(wǎng)的支承裝置的底平面視圖，取自圖1的2-2方向。
圖3是濾網(wǎng)和支承裝置的立面視圖，取自圖2的3-3方向。
圖4是從反應器床層取出失活催化劑的另一種層流流動布置的部分立面視圖。
圖5是催化劑容器的橫截面平面視圖，取自圖1的5-5方向，示出在催化劑床的中央部位，冷激系統(tǒng)和氣體再分布的一個較理想的方式。
圖6是圖5中所示的冷激或分布流道單元之一的部分橫截面和透視圖。
圖7是圖5的兩行催化劑床的給定高程上的流道單元的較佳安排的透視圖。
現(xiàn)在參考圖1，所示者包括著本發(fā)明方法的一個加氫操作系統(tǒng)。它基本上可提高催化床10的連續(xù)催化活性，以及可有效地利用一給定體積的單個反應器容器，如反應器容器11這兩者。容器11正如由它的圓柱形側壁厚度12和拱型密封頭13和14所表明，是設計用來在高至約300個大氣壓(約4500磅/英寸2)壓力，和高至約650℃(約1200°F)的溫度下，使一液烴流同含氫氣體的混合物料進行反應。這類液烴原料流和反應氣體最好是預先混合好，並以單一的流束，通過管路16，引入底封頭13。
為了保證在液烴原料流和含氫氣體在加氫操作過程中可得到最大的催化效益，在容器11的設計容積中裝入盡可能多的催化劑是很重要的。因此，正如圖中所表明的那樣，催化床10的支承裝置17是放在容器11的盡可能低的地方，以保證氫氣能在液烴流中完全而又充分地彌散。同時，催化床的頂部是接近凸型封頭14的頂部，同時又留有足夠的空間21，供分離從中心管18排出的形成產(chǎn)物中所夾帶的任何催化劑。為了保證從中心管18排出的流體產(chǎn)物不夾帶催化劑，在床層表面20的上方空間21中可安裝一個濾網(wǎng)15。新鮮的催化劑通過穿經(jīng)濾網(wǎng)15的管子19，加在床層表面20上。更合乎要求者是床層的上高程，以20表示，最好由一伽瑪射線吸收測量加以連續(xù)地控制，這可由放在床層10的頂部20的伽瑪射線源22和伽瑪射線檢測器24做到，伽瑪射線源可采用放射性同位素，銫137，放在反應器內(nèi)部。另一種做法是射線源可采用電可控源，如熱中子激發(fā)的伽瑪射線發(fā)生器。檢測器可采用電離管，如蓋革-彌勒計數(shù)管或閃爍檢測器。適用的射線源和檢測器由羅蘭工程公司制造。與本發(fā)明相一致，通過檢測表面高程20，就有可能保證催化劑總量是維持在最佳的高度上，反應器沒有充填過多。反應器充填過多，就會增加催化劑在每次輸送末了，在輸送管路上的隔離閥門關閉時產(chǎn)生擠壓的機會。床層高度的控制對于確定床層的沸騰現(xiàn)象是最小的也是必需的，還可對選擇好的催化劑，避免烴原料和氫氣向上流經(jīng)床層10時有偏離設計流率的不希望有的現(xiàn)象。為了達到這一目的，供向催化床的催化劑顆粒的密度，形狀和尺寸是按照原料流的最高設計速率選擇的，以防止發(fā)生沸騰現(xiàn)象。這一控制保證了床層10以活塞式的流動方式緩慢地向下流經(jīng)容器11。催化劑的選擇是通過在一大型的中間試驗車間運行中測量床層的膨脹確定的，中間試驗用烴，氫氣和催化劑運行，如以后所說明的，並在例2中闡明。
為了進一步保證活塞式流動方式能連續(xù)地穿經(jīng)全部的床層長度，尤其是在底部，床層的支承裝置17特別采用圓錐或多邊截錐的外形。
如在圖2和圖3的較好方案所示，在圖2能看得更好，床層的支承裝置包括有一系列的環(huán)狀多邊形，且接近于圓環(huán)的形狀，是由許多在徑向輻條構件26間的扇形板27構成，徑向輻條構件從中心的不開孔板25延伸至容器11的側壁12。如在圖3所示，輻條26基本上是平板狀並將容器的圓周分成許多扇形區(qū)(在這一情況下是分成8個扇形區(qū))，並同時支承著由環(huán)形或圓周形板27所構成的支承裝置17的外八角形環(huán)23的端部，在每一種情況下，徑向輻條或筋板26，圓環(huán)扇形板27構成了許多同心圓環(huán)，或圓形多邊形，用來支承圓錐或角錐形的鉆孔板或濾網(wǎng)28。這樣，濾網(wǎng)28對從容器11的下部上升的液體和氣體兩者都是可透過的。
如在圖3所闡明的，同心的環(huán)狀多邊形的特殊功績是當每塊板26和27軸向延伸平行于容器11的側壁12時，液烴原料同氫氣混合進入床層就由重力分成由每對輻條26間的相鄰扇形區(qū)構成的徑向交替的氣體和液體環(huán)形通道。這樣兩相流體就可向上流經(jīng)濾網(wǎng)28下面的交替的同心圓環(huán)通道。在每一圓環(huán)通道中氣體從液體上的優(yōu)先分離包括一個氣體的上部環(huán)形扇面區(qū)疊置在充滿著液體的下部相鄰環(huán)形扇面區(qū)。因此，兩種流體就有了相等的，環(huán)狀相連的通過濾網(wǎng)28的通往床層的通道。許多液烴的和氫氣的交替同心圓環(huán)保證了兩相流體平穩(wěn)又相等地供入整個濾網(wǎng)28的橫截面積再進入床層10。在其他的一些因素之中，我們特別發(fā)現(xiàn)這樣的結構最能平穩(wěn)又相等地分布到整個催化劑床的整個橫截面積上。均等地分布在床層10的整個直徑上，使床層支承裝置17截錐處的中心板25的正上方形成一個靜止的流動區(qū)。這就可減少產(chǎn)生局部沸騰或渦流的潛在可能性，這種渦流可在催化劑床催化劑取出點的倒置丁形管29的入口30處產(chǎn)生，這樣就可保證從催化劑床10里來的催化劑和液體的局部層流流動。均勻地供應液烴原料流和氫氣，由支承裝置17的板27的入口側的進氣室33供入是特別地變得方便，進氣室33是由支承裝置17和延伸至容器11整個橫截面的圓形平板構件31圍成的。平板31包括由許多穿過平板31的相似的大直徑管32形成許多的開孔。每一根管子直徑有數(shù)英寸，並軸向延伸到相似的深度，約有4至6英寸，至板31的下面，管子32為進入進氣室33的烴原料和氫氣的混合流提供了相等的通道。從進料管線16來的原料流均勻地分布進底部的進料總管35，利用折流板34可能會有所幫助，以保證可能含在進料流中的氫的大汽泡也會相等地分布在板31的整個橫截面上，並均勻地分布在每一根管子32上以進入進氣室33。管子32的長度可選擇使在板31下面有一個適當?shù)臍怏w壓頭，用來抑制進入總管35的供入原料的波動。
正如以上提到的，分成每一個單獨的圓環(huán)和徑向的扇形區(qū)的軸向延長的板27，為液體原料和氫氣兩者提供了進入催化劑床10的相等通道，板27還分段安排在濾網(wǎng)28的下面，使催化劑床10入口側的整個直徑上都有效地形成烴原料和氣體交替的環(huán)形通道。因此，在催化劑床10的進口處，沒有一個單獨的地方，可能變成無論是氣體或者液體分離的或優(yōu)先的流通通道。再有，如果由于液相使濾網(wǎng)28全潤濕了而形成壓力波動，氣體流動的恢復，可通過徑向板26和板27之間的每一塊扇形板的寬大寬度得到幫助。
圖3所示的為了均勻地分布液烴和氫氣原料的進氣分布器31的布置可加以改變，即可延長或縮短管子32，以形成進入進氣室33的均勻分布的圓柱形通道，同只有適當直徑的鉆孔相比較，采用管子有特殊的優(yōu)點，因為在板31的下面，圍繞著各個管子32的地區(qū)會形成一種氣室。我們發(fā)現(xiàn)這樣是合乎需要的。因為這種在板31下面的氣室，可以緩和供向反應器容器的液體和氫氣混合物因為流動變化所形成的壓力波動。不過管子的長度要在能維持這種功用的情況下盡可能地短。這是因為應該要求容器11的所有的有效加氫氣間盡可能不做別的用途，而只供原料流同轉(zhuǎn)化催化劑接觸。同采用管子和結合鉆孔相比較，采用管子的特殊優(yōu)點是設計的流動分布流型，可維持在很寬的流速范圍。利用管子及鉆孔，氣體往往流向鉆孔，而液體流向管子。不過當鉆孔堵塞了或者氣體流速增加了，氣體也就會從管子中找到新的通道，這樣就會形成潛在的不希望有的非設計流型。
為了進一步幫助催化劑床10沿其軸向長度維持活塞式流動，在本發(fā)明的優(yōu)選方案中還有額外的配備，即在床層10中有許多軸向間隔布置的氫氣或冷激用氫氣的再分布裝置。在圖1的布置中，示有穿經(jīng)床層10軸線的單個倒置的角鋼構件40的氣體再分布裝置39。冷激系統(tǒng)39的細節(jié)從圖5至圖7中可以看得更清楚，其中有許多倒置的V形流道40，至少有一行均等地分布在容器11的橫截面上。如在圖7所示，有一氣體噴射管線42，通過從總管44和支管45來的延伸至每一單獨流道40的延長管子41，向每一單獨的管子41供氣。更合乎要求的，但不一定是必需的，可如圖7所示的那樣，可在第一排流道40的上面，軸向間隔地布置第二排流道，每一排上的流道與另一排流道位置錯開90°。每一個單獨流道的結構40從圖5可以看得更清楚，其中的分布管41包含有許多排出孔48，最好使沿管子41的整個長度，氫氣能按比例均等分配，最好孔48是在管子41的上邊，以便離開管子的氣體被迫向下流進流道40，同從床層10下面由流道40的V形邊49所封閉的上升氣體匯合。較為可取的是，由邊49所形成的每一裙部的整個長度要包含有間隔均勻的縫隙50，以便排出從管路42進入的冷激氣體和從床層10上升的氣體。本布置的一個特殊價值是，在冷激系統(tǒng)下面的一部分床層中的氣體可能形成的溝流，在此就可再分布流經(jīng)床層的整個橫截面，進一步地避免產(chǎn)生局部熱點，渦流，或沸騰于床層10的上部。
根據(jù)本發(fā)明的另一個重要的特征，圖1示出一個催化劑的更換系統(tǒng)，它一般包括經(jīng)過一對耐壓的密閉容器，即供料料斗70和加料料斗60所構成的一系列密閉容器來輸送新鮮的催化劑去催化劑床10。還有一系列相似的密閉容器，包括出料料斗80和廢料料斗90，用來輸送催化劑出催化劑床10。如有必要，也可只用一對料斗用來排出和加進催化劑，雖然配管和隨后的過程將比較復雜。在這兩種情況下，輸送流動特別設計成以層流的方式輸送液體漿料，以避免催化劑顆粒輸送去容器11時發(fā)生不必要的磨損，以及避免上層的催化劑有突然的攪動，不然其后果是催化劑從容器11的底部丁形管29的入口30被取出時催化劑床10會發(fā)生沸騰和渦流。
為了達到以層流的流動方式，使加料料斗60輸送催化劑去容器11的頂部，以及從催化劑床10的底部由出料料斗80取出催化劑，容器11同料斗60或80之間的壓力差必須加以精確的控制，這是很重要的，這可通過檢測容器11與供料管路61或排料管路82之間的壓力差來加以控制。當截止閥64或84初次開啟或關閉時，壓力差最好是零。容器11與線路61之間的壓差是用壓力表63和壓力檢測器62和65加以測量。差壓壓力表83和檢測器81和85起著類似的控制作用，用來控制從容器11底部經(jīng)閥門84將催化劑輸送到出料料斗80中去。
特別是關于從料斗60送出催化劑，當然應該知道，這一料斗必須能經(jīng)受住比容器11的操作壓力稍高的壓力，並需嚴格地控制，催化劑從貯料料斗70輸送到料斗60是以層流的方式輸送的。
為了這一目的，正如所示明的那樣，料斗70和60是處在大氣壓力下，催化劑首先是經(jīng)過管線101和閥門102上的漏斗100引進到貯料料斗70中，再由經(jīng)過管線104和/或管線71的氮氣沖經(jīng)料斗70，以除去在催化劑中可能存在的空氣和水份。無論在催化劑引入之前或之后，料斗70要充以精加工的烴流，最好是瓦斯油，以提供必須的液體料漿，供混合和輸送催化劑用。這樣做既可或者通過管路101，閥門102和漏斗100，也可通過管路104，閥門105和管路106。然后再關閉閥門102。
不過有一個重要的要求條件，那就是在輸送液體去加料料斗之前，供料料斗70的壓力必須與加料料斗60取得平衡，當然，加料斗60與容器11之間的截止閥64是關閉的，閥門67，68和78也是關閉的。在閥門64，67，68，78和102是關閉了，而且料斗60和70之間的壓力也取得了平衡了，輸送閥75就可打開，以便提供相同直徑的通路，使催化劑料漿能夠流出丁形管71的通道去料斗60。輸送是通過調(diào)節(jié)從管路104經(jīng)過閥門105引進的氮氣流速和壓力加以精確控制的，壓力和流速要調(diào)整到正好可保證催化劑以要求的層流方式流入丁形管71的入口72，再向上流經(jīng)管路76而進入催化劑的加料容器密閉料斗60，以層流方式輸送催化劑經(jīng)過丁形管71完全是在液相的狀態(tài)，催化劑則是在真空汽油的漿料中。全部催化劑的輸送是受益于料斗70下部的漏斗形狀79，以及在79尖頂上的丁形管的入口72的位置。如果在料斗70的催化劑全部輸送到料斗60，來自料斗70的沖刷油就自然會將所有催化劑清除出管路76。不過，為了保證全部的催化劑都通過閥門75(閥門不要關緊，磨蝕性的催化劑有刮傷閥門或閥座的潛在危險)，最好再從管路77經(jīng)過閥門78引進額外的沖刷流體來清理管路76，然后再流回料斗70或向前流入料斗60。
催化劑以這樣的方式裝進料斗60，類似的方法也可在層流的條件下，以料漿的方式，通過供料管路61把催化劑輸送入反應器容器11並把它分布在催化劑床10的頂部20上。當然，如果有需要，也可利用一折流板23來將催化劑均勻地分布在床頂20上。不過，我們發(fā)現(xiàn)，這樣的輔助分布並不需要。在將催化劑從密閉料斗60輸送到容器11時，應當知道，料斗60的壓力要達到反應器容器11的壓力，這是通過閥門67噴進氫氣而做到。油應當加熱到與容器11里的反應劑的溫度盡可能的接近，但油不能使之汽化。我們發(fā)現(xiàn)這對降低加到反應器容器的新催化劑的熱沖擊特別的重要。一旦達到這一要求條件，閥門64就可打開，以便輸送催化劑。液體漿料的實際層流輸送是由閥門67加以控制，即由節(jié)流來自管路66的氫氣的流速和壓力加以控制。催化劑輸送完畢以后，沖刷管路69上的閥門68要暫時打開，以便在閥門64關閉之前，使任何留在管路61和19里的催化劑都得到清除，其理由前面已經(jīng)提到。料斗60中過剩的氫氣壓力可通過任何適當?shù)姆种Ч苈罚骰丶託洳僮飨到y(tǒng)的公用氫氣源中(未表示出來)。
從催化劑床10的底部以基本上是連續(xù)或間歇的方式輸送出失活的催化劑以供再生或廢置，容器11也以同樣的方法控制著密閉容器80或排料料斗。在將全部的催化劑輸送在本發(fā)明系統(tǒng)中時，從丁形管29的入口30起，經(jīng)過管路82，包括閥門84的通孔，其通道的直徑和橫截面積都是均勻一致的。同理，從排料料斗80向廢料料斗90的輸送是經(jīng)過丁形管86的入口89至管路92的排出口98，其中包括閥門94，而進入料斗90的。
一般說來，這些層流流動通道的直徑至少是所流通顆粒直徑的五倍，而且可高達50倍或者更高。因此為了避免擠壓或堵塞，管路71，108，29，86和96的相應入口72，109，30，89和99都不是擴口的，或者有其他的節(jié)流或鉆孔，所以所有的流動都是完全地和直接地通過這些入口的完全相等的通孔。在催化劑從反應器容器11取出的情況，管子29的入口是位于催化劑支承濾網(wǎng)裝置17的中央無孔區(qū)，因此它也就離開了從最內(nèi)邊的環(huán)形通道上升的氫氣流的直接流動區(qū)，該環(huán)形通道是由側壁27和分割輻條26構成的。這樣就保證了流進入口30的基本上是液體同催化劑顆?；旌系臐{料。這種在層流條件下的混合，可產(chǎn)生流體的最大運送容量。此外，丁形管29的迥彎的外部尺寸或者丁形段的弓形部分是入口30及其相連流動通道的直徑，包括朝下的部分的數(shù)倍。管子29的入口30以上的部分，比丁形管29的其余部分，包括下至控制閥84的部分要短許多倍，體積也要小得多。保持管子29的這一部分較小的特殊好處是可避免，當每次催化劑輸送結束，那一部分的管路清理完后，需要強迫一定量的催化劑回至催化劑床11以抵銷在催化劑床10的重力頭。
較為可取的是，當催化劑不輸送的時期，可讓少量的氫氣連續(xù)地流經(jīng)閥門88，通過丁形管29進入催化劑床10，以保證催化劑顆粒不致于堵塞入口30。這樣可避免在管子29的入口30上有潛在的結焦現(xiàn)象。這樣的安排可保證不需在丁形管入口30的催化劑床中造成人工的沸騰或流化現(xiàn)象，就可以層流的方式取出催化劑。
由于在本布置中不需要像先前的技術一樣，在催化劑支承濾網(wǎng)裝置17的中央開孔，以便依靠重力排出催化劑，所以整個系統(tǒng)的操作就可能不需采用固體輸送閥門。因此，本裝置中的每一個輸送閥門都優(yōu)先采用在一可轉(zhuǎn)動的球體上有一個單一的通孔的普通球型閥門。
尤其是我們發(fā)現(xiàn)普通的閥門用于輸送和控制烴，催化劑和氫氣進出容器11，必須密封住容器同輸送料斗之間高的壓力差。當催化劑的輸送管路采用本發(fā)明方法時，利用由鎢鉻鈷硬質(zhì)合金制的，通孔直徑同進，出口管路直徑相同的金屬密封的圓球形閘門，能提供最優(yōu)秀的服務。再有，它們的成本以及在如此苛刻使用場合的現(xiàn)成的有效性，使它們無論在初次的裝置或以后的維修更換中都有最經(jīng)濟的效益。Kaymr和Mogas公司制造的閥門在本方案中特別地有用。再有，在這一安排中允許催化劑的輸送幾乎專門是以液相的方式出現(xiàn)的，這樣就可減少催化劑顆粒在輸送過程中的磨損和破碎。再有，不夾帶氣體基本上提高了催化劑顆粒液體輸送的效率，並進一步減少了催化劑潛在的損壞。
圖4所示是催化劑床的角錐形支承裝置17底部的部分視圖，示出了用層流液體輸送催化劑的另一系統(tǒng)。在這一方案中，L-閥是由立管54和水平管52構成，用以從催化劑床10中取出催化劑顆粒。如圖中所示，入口56是優(yōu)先放在由濾網(wǎng)支承裝置17構成的無孔的截錐部25的中央上方。然而這一裝置同圖1所示的方案相比是比較不受歡迎的，這樣的裝置只適宜于用在層流條件下催化劑漿料的流動。
無論是圖1的丁形管或圖4的L-閥布置，耐壓的密閉的排料容器80要升壓到等于反應器容器11中的壓力。打開閥門84后，催化劑的流動就由閥門93調(diào)節(jié)控制其流量如圖1所示。這樣的流動使管路82以及密閉排料容器80里的壓力下降到足以使催化劑顆粒，當輸送閥門84打開時產(chǎn)生層流流動。
在閥門84經(jīng)由管路87來又經(jīng)閥門88的真空汽油沖刷之后再關閉了，容器80中的剩余催化劑就通過丁形管86和錐形濾網(wǎng)121下面的排放管120放掉。沖刷油然后又經(jīng)閥門93送入以沖刷剩余的催化劑和冷卻催化劑。容器80可按需要充填和排放許多次次。然后將容器80的壓力降至稍低的壓力(大約50磅/英寸2表壓或更低)。容器90中的壓力也使之等于容器80的壓力，然后打開閥門94。然后再通過閥門110來控制壓力和流量，使催化劑產(chǎn)生層流流動，流經(jīng)丁形管86進入容器90。閥門94則用流經(jīng)閥門107的沖刷油沖刷再關閉。沖刷油再經(jīng)錐形濾網(wǎng)123下面的排放管放掉。如果有必要，催化劑也可用經(jīng)過閥門110的水沖刷。容器也必須由經(jīng)過管路110送入的氮氣置換出其中的氫氣。最后，把容器的壓力全放掉，用水作為載體，通過丁形管96，由流經(jīng)閥門110的氮氣控制催化劑在排出管124中的流速，把催化劑卸出。
以下是根據(jù)本發(fā)明方法步驟進行運行的過程例子，以及利用本發(fā)明上述方案的裝置的例子。
例1在一個半工業(yè)規(guī)模，每天處理100-200桶原料的渣油轉(zhuǎn)化中間試驗車間中，以上所述的催化劑輸送方法，進行50次以上。在每一次的輸送過程中，大約有2立方英尺的催化劑在典型的渣油脫硫工況(RDS)下，從連續(xù)操作的反應器容器中運進和運出。在流經(jīng)一內(nèi)徑比催化劑顆粒大八倍的管子時，催化劑的輸送速率達到每小時16立方英尺。利用在試驗床中放催化劑顆粒的放射性尋蹤標記，證明到了催化劑的活塞式流動以及沒有產(chǎn)生床的沸騰現(xiàn)象。
在運行中特別顯示出來的本發(fā)明的明顯特征包括(1)由Kaynr和Mogas公司制造的球型閥門可用來隔離RDS反應器和催化劑輸送容器，不需用輸送固體的閥門來輸送催化劑;(2)催化劑床的高度及其沸騰現(xiàn)象，利用伽瑪射線源及檢測器是可以充分地得到監(jiān)控;(3)丁形管(所有向上流動的部分要較向下流動的通路為短)，可以通過層流流動的方式，滿意地輸送催化劑顆粒而不發(fā)生局部的沸騰現(xiàn)象;(4)利用帶錐形支承座的原料流體入口分布器裝置及同心的環(huán)形扇形板，避免了在催化劑床底部產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，並且由于形成了交替的氣、液同心環(huán)，使氣體和液體得到了合適的徑向分布;(5)同用相同的催化劑尺寸，形狀和密度的一種會引起床層沸騰(膨脹)的催化劑作比較，另一種尺寸、形狀相同，但密度比較小的催化劑卻沒有發(fā)生明顯的床層沸騰(膨脹)，表明兩者有基本上的差別;(6)依靠重力將催化劑輸送進、出一個裝在反應器容器里向下移動的催化劑床，同時連續(xù)操作一個加氫操作系統(tǒng)，使從催化劑床下部來的液烴原料流和含氫氣體以單一的流束起反應，當它們向上流過並從反應器頂部出去時形成逆流而不出現(xiàn)分離現(xiàn)象將是可行的;(7)由于催化劑是間歇地排出，所以催化劑床以活塞式流動的方式逆流向下流經(jīng)反應器。
例2
從前面在例1所述的流動條件下在一個裝置的試驗，證明前面的機械的和水力學的因素的有效性，可用來實現(xiàn)以烴和氫氣逆流流經(jīng)一催化劑移動床的加氫處理過程如下在一中間試驗車間，每天處理4桶烴原料，氫氣的壓力為2200磅/英寸2，催化劑床的膨脹測量，是按表1所列的不同催化劑尺寸、形狀和密度的催化劑床中，以工業(yè)規(guī)模的流速進行的。每一類型的催化劑是單獨試驗的。床層的沸騰(膨脹)是用所安設的伽瑪射線源和檢測裝置檢測其10%的床膨脹率。表Ⅰ所示的是幾種催化劑在每桶原料有5000標準立方英尺氫氣的再循環(huán)速率下，產(chǎn)生床層膨脹率10%所需的流動速度。這一結果同例1的半工業(yè)規(guī)模車間所測得的床膨脹是一致的。
表Ⅱ是一套類似的運行記錄，采用表Ⅰ試驗條件下的三種相似催化劑，但液體粘度、液體密度，和烴原料及氣體的壓力，在表Ⅱ中的均較表Ⅰ中的為低，以配合一套不同的工業(yè)運行條件。在表Ⅰ和表Ⅱ中，催化劑顆粒的尺寸、密度和狀狀，對原料中的氣體和液體組組分的不同流動條件的影響都很明確地表示出來。烴處理過程的設計進料速率，是按標準的定標方法計算的，即以流經(jīng)催化劑床的直徑為11.5英尺的反應器容器，每天流進千桶原料(MBPD)的數(shù)值表示。
工業(yè)用的催化劑一般是以在選定的速率下發(fā)生飄浮或沸騰為根據(jù)進行選擇的，但選定的速率基本上要比正常的設計速率高出100%以上。此外，這些試驗表明，有些工業(yè)催化劑，如果它們的顆粒有高度的均勻度，並且有足夠的強度足以維持它們的整體性，在搬運進、出反應器容器時不產(chǎn)生磨耗和破碎，則在合理的設計供料速率下將不會飄浮起來。
例3在一個四英尺直徑的容器，每天以多至8000桶的水和275標準立方英尺/分的空氣做“冷?！辈僮?。前面描述的和圖中所示的液烴的入口和氣體分布器，以及氫氣的再分布和冷激裝置的特性，都加以定標和試驗。流動測量和水下攝影證明，入口液體和氣體的分布在容器的催化劑支承濾網(wǎng)的整個橫截面面積上都是均勻的。上升氣體流經(jīng)倒置的V形流道的再分布顯得特別地有效，甚至故意地讓氣體在再分布器裝置下面分布不好時也是如此。
總而言之，這些試驗結果表明，本發(fā)明有可能使通過以氣、液交替的圓環(huán)方式導入的流體，在一個不足以引起床層沸騰的速率下，使均勻分布的氫氣和液烴連續(xù)地流經(jīng)一密實充填的催化劑床，以充滿反應器容器的整個體積，而所選擇的催化劑的密度、形狀和尺寸足以避免在所要求的供料速率下引起床層的升起。(催化劑是在一大型的中間試驗車間，以烴、氫氣和催化劑在設計壓力和流速下運行，測量床層的膨脹才選用的)。在所要求的流率下，在以周期性或半連續(xù)性的基礎上，使在液流中的新催化劑以層流的流動方式加到催化劑床的頂部，催化劑就以活塞式的流動方式向下連續(xù)地流經(jīng)容器。催化劑的取出，也是以催化劑的液流，在層流的流動條件下，從催化劑床的底部流出。這種流動的入口，是不與流經(jīng)床層的氣流直接接觸的，而且流動通道的橫截面積基本上都是恒定的，並且直徑要比催化劑顆粒的直徑大好幾倍。
結構上的安排和在操作中進行更換催化劑的步驟的各種變化和改動，使加氫操作容器的生產(chǎn)能力有更大的經(jīng)濟效益，這對熟悉技術的人員是可以做到的。在所附的權利要求范圍內(nèi)的所有這種變化和改動，都確認是包括在權利要求范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種催化加氫操作的方法，其中一股向上流動的烴原料流，包括含氫的氣體組分，與一向下移動流經(jīng)反應器容器的催化劑顆粒填充床逆流接觸，這一方法包括在該反應器容器的軸向長度上形成一個催化劑顆粒的填充床，催化劑顆粒的尺寸、形狀和密度是根據(jù)流經(jīng)該催化劑床，包括該氣體組分的烴原料流的平均流速選擇的，該烴原料流的流動速率控制在其流量和程度足以使沿催化劑床的軸向長度，催化劑床的沸騰或飄浮維持在10%以下。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征是該烴原料流的氣體組分和液體組分是通過該氣體組分和液體組分交替的同心圓環(huán)同時引進催化劑填充床底部的整個橫截面上。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征是在該催化劑床軸向長度上的一個或幾個中間高程上引進冷激氣體，並且流進一般是橫穿該催化劑床軸線的許多通道里。
4.一種當以一個控制的速率，使一股向上流動的液烴原料流和含氫氣體組分同一向下移動的催化劑填充床接觸，進行加氫操作以防止構成該催化劑填充床的向下移動的催化劑顆粒發(fā)生沸騰的過程中，連續(xù)地向一反應器容器供應更換用的催化劑的在操作中更換催化劑的方法，該更換催化劑方法包括選擇構成該催化劑床的催化劑顆粒的尺寸、形狀和密度，以避免當烴原料和氣體組分在所選定的流率下流經(jīng)催化劑床時，在該催化劑床的主要軸向長度上發(fā)生沸騰或飄浮現(xiàn)象;均勻地分布該氣體組分流經(jīng)該催化劑床的整個橫截面，以避免在其中發(fā)生沸騰或飄浮現(xiàn)象，包括在該床里發(fā)生催化劑顆粒的局部再循環(huán);通過至少引進該原料流的氣體組分，經(jīng)過許多同心圓環(huán)，以活塞式的流動方式使催化劑床向下移動;同流經(jīng)支承該催化劑床底截錐形表面的液體組成交替的同心流動通道，以形成該氣體和該液體兩者，當該催化劑床向下移動時，同心地均勻的向上供料于沿該床軸線的橫截面上;以及以一速率添加催化劑至該催化劑床的頂部，以更換從該床底部取出的催化劑，取出的催化劑是在層流的流動狀態(tài)下以液流的方式，從該床的底部輸送出來的。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其特征包括增加的維持該催化劑床向下移動經(jīng)過該容器的活塞式流動的裝置，即至少在該容器的一個中間高程上，讓噴進的冷激氣體和折流氣體向上流經(jīng)該催化劑床，並側向地分配該氣體流經(jīng)許多橫向延伸的流通通道，該橫向的氣體流通通道被能把催化劑顆粒向外和向下折流的它的上表面復蓋著，每一根這樣的流通，包含有許多延長的縫隙，構成了沿橫邊外緣的縱向間隔的流通通道，用于供該上升的氣體和供冷卻用的冷激氣體作側向的再分布，和/或供穿經(jīng)該催化劑床橫截面的折流氣體作再分布。
6.一種向一個正在以一股向上流經(jīng)一催化劑填充床的原料流，在高溫高壓下連續(xù)運行的反應器容器，周期性地或半連續(xù)性地輸進和輸出催化劑或其它顆粒的方法，這一方法包括從一個耐壓的催化劑料斗，用液流夾帶催化劑顆粒的方式，把它輸送到該反應器容器的催化劑床的頂部，和從該催化劑床的底部使催化劑流進另一個耐壓的催化劑料斗，每一種該液流的流動都是經(jīng)過橫截面積在長度上都是基本上均勻一致的，和直徑至少是其中夾帶催化劑顆粒直徑五倍的通道，該通道還至少包括有一個裝在管路上的控制閥門，其通孔直徑基本上同該通道的直徑相同，和至少一條在該容器和該控制閥門之間的輔助流體進入該通道以沖刷該通道中的催化劑顆粒，和專門阻塞催化劑顆粒進入該流動通道，並利用一個閥門專門控制該催化劑料斗的加壓，使使之剛足以超過該反應器容器的壓力，以便當將更換的催化劑供向該催化劑床的頂部和從該床的底部撤出催化劑的過程中，產(chǎn)生該液體和夾帶催化劑的層流流動，該層流流動的速度，當將催化劑輸進和輸出該反應器容器時，要能避免催化劑床的飄浮或沸騰。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于該每一流通通道，都是以含有一個供液流和夾帶催化劑流入的部分，其向上地反向流動部分基本上要比該向下的流通通道為短為其特征的。
8.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于從該反應器容器下部，通過另一流通通道取出催化劑的入口，是布置在支承該催化劑床的錐形濾網(wǎng)中央的無孔截錐部的上方，以便該催化劑是從該催化劑床的一個基本上離開向上流動的液體和氣體的同心供料通道的位置取出，該容器同取出管路之間的壓力差足以控制離開該容器的液體和催化劑的層流流動。
9.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于原料是烴和一種含氫氣體。
10.一種一股原料流向上連續(xù)流經(jīng)一個以重力方式下降的催化劑填充床的過程中，周期性的或半連續(xù)式地輸進和輸出顆粒進入和撤出一個反應器容器的方法，這一方法包括從一來自一耐壓的催化劑供料料斗的流通通道，以層流的方式輸送一股帶有新鮮催化劑的液流去該反應器容器的頂部，以形成在該反應器容器的軸向延伸的催化劑床，或者用以更換其催化劑;從該反應器容器的下部以層流的方式輸送一部分該料流，通過另一流通通道將用過的催化劑輸送至一耐壓的回收料斗，該料流的每一個流通通道，其長度上的橫截面積基本上是恒定的，直徑至少比流經(jīng)的催化劑顆粒的平均直徑大五倍，各個流通通道有相應料流的入口部分，而至少其中夾帶催化劑流經(jīng)的反向流動部分基本上在長度上要比該流通通道為短，該流通通道至少還有一個其通孔直徑同該流通通道的直徑相同的管路上的控制閥門，和一條輔助的流通通道，用以在該反應器容器同該耐壓料斗容器之間的一個點上，專門噴射有壓流體進入該流通通道，將在流通通道里的夾帶催化劑和液流，從入口部位和該閥門的通孔上吹掃清理干凈。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于該原料流是烴和一種含氫的氣體。
12.在一個反應器容器中有一股含氣體的組分和液體組分的原料流向上流經(jīng)延展在該反應器容器的向下移動的填充催化劑床，以周期性或連續(xù)性的方式輸送新鮮催化劑至反應器容器的在操作中更換催化劑的系統(tǒng)中，其中的改進措施包括選擇構成該催化劑填充床的催化劑的尺寸、形狀和密度，主要用來避免在該床的主要軸向長度上，和在該原料流所選擇的流率下發(fā)生沸騰或飄浮現(xiàn)象;均勻地分布該原料流的氣體組分流經(jīng)該催化劑床的整個容積，避免該床的沸騰，包括當該床以活塞式的移動方式向下流經(jīng)該容器使在該床里的催化劑顆粒發(fā)生局部的催化劑顆粒的再循環(huán);引導至少該原料流的氣體組分流經(jīng)由在該催化劑床底部的截錐或角錐形表面構成的流通通道所形成的許多同心圓環(huán)或多邊形環(huán)，以便為該氣體組分和液體組分兩者向該向下移動的催化劑床的橫截面提供向上的均勻的同心供料;有增加的維持該催化劑床向下移動經(jīng)過容器的活塞式移動的裝置，即至少在該催化劑床的一個高程或多個中間高程上，讓噴進的冷激氣體和折流氣體向上流經(jīng)該催化劑床，以便冷卻和側向分配該氣體流經(jīng)許多橫向延伸的流通通道，該橫向的流通通道被位于能把向下流動的催化劑顆粒向外折流的倒置的V形流道的上表面復蓋著，每一根這樣的流道包含有許多延長的縫隙，構成了沿橫邊外緣的縱向間隔的流通通道，用于供該上升流動的氣體作側向的再分布和供該冷激氣體冷卻，並再分布該氣體穿過該催化劑床的橫截面;從一個耐壓的催化劑料斗經(jīng)過一個流通通道，把用液流夾帶的供更換的催化劑顆粒，以層流的方式輸送到反應器容器，該流通通道其長度上的橫截面積基本上是恒定的，直徑至少是流經(jīng)的催化劑顆粒的平均直徑的五倍，該流通通道至少還有一個其通孔直徑同該流通通道的直徑基本上相同的在管路上的控制閥門，和至少有一條輔助的流通通道，用以專門地引進輔助流體到該控制閥至去該反應器容器的入口的中間流通通道里，用來沖刷該通道里的催化劑顆粒並阻塞催化劑顆粒進入該通道;並將該料斗加壓到其壓力剛足以超過該反應器里的壓力，以便使液體及其夾帶的供更換用的催化劑顆粒產(chǎn)生層流流動，再把它們輸往反應器容器的頂部。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其特征在于該每一流通通道，都是以含有一個供液流夾帶的催化劑流入的部分，其向上的反向的流動部分基本上要比該向下的流通通道為短為其特征。
14.一種在含有一種液體和氣體組分的原料向上流經(jīng)一向下移動的催化劑床，並在該原料流的氣體和液體組分的最大流動速率下，維持著在該容器里的催化劑的反應活性和容積的過程中，使反應器容器的有效容積達到最大的方法，這一方法包括至少以一床尺寸、形狀和密度相同的催化劑顆粒充填該反應器容器的軸向長度，該催化劑顆粒是按照流經(jīng)該催化劑床的烴原料流，包括該氣體組分的平均速度選擇的;控制該烴原料流的流率，使其流量和程度足以使該催化劑床在其整個軸向長度上的沸騰或飄浮基本上少于10%;引導該烴原料流及其氣體和液體組分，在基本上不超過該速率的情況下，通過該氣體和液體組分的交替的同心圓環(huán)，同時使該兩組分流經(jīng)該催化劑填充床底部的整個橫截面積。
15.根據(jù)權利要求14的方法，其特征是該催化劑床的沸騰或飄浮是由發(fā)射電磁輻射加以監(jiān)控，並檢測該容器催化劑層的高度，測量在該高度上的催化劑的密度，再根據(jù)在該高度測得的催化劑的密度，調(diào)整流經(jīng)該容器的原料流的流率。
16.根據(jù)權利要求14的方法，其特征在于該原料包括有烴組分和一種含氫氣體組分。
17.一種當烴原料流和一混合氣體向上穩(wěn)定地逆流流經(jīng)一填充催化劑床時，控制催化劑流經(jīng)填充反應器床的裝置，這一裝置包括用于支承向上軸向延伸經(jīng)過該容器的催化劑床的裝置;具有截錐狀中央部分不透氣的催化劑支承濾網(wǎng)，許多軸向延伸至該濾網(wǎng)下面並彼此徑向分隔開的同心擋板，用以形成在該濾網(wǎng)下面的交替的氣體和液體的同心圓環(huán)通道，用來使原料流流經(jīng)該濾網(wǎng)的圓錐部分，相等地分布該原料流的液烴和氣體組分至支承在那兒的催化劑床;從該反應器床的下部取出催化劑顆粒而不產(chǎn)生該床的局部膨脹的裝置，這一裝置含有一根向上延伸進入該催化劑床的倒置的丁形管子，其直徑至少是在該床中的最大催化劑顆粒直徑的五倍，該丁形管有一個直接位于該截錐中央部分上方的入口，它的另一端，通過一條基本上直徑是恒定的管路延伸至一個外部的壓力容器，該管路上至少有一個其球形出入口直徑不小于該丁形管直徑的球型閥門;用于控制，當該球型閥門打開時，在該反應器容器和外部壓力容器之間的壓力的裝置，使在該反應器內(nèi)的流體產(chǎn)生層流流動，並以足夠的速度，從直接與該支承濾網(wǎng)的不透氣中央部分相鄰的催化劑床中，排出催化劑。
18.根據(jù)權利要求17的裝置，其特征在于該催化劑床的支承裝置是一截切的多邊形角錐體，並包含有許多延展在該同心擋板間的徑向延伸擋板。
全文摘要
本發(fā)明通過利用交替的氣體和液體圓環(huán)通道，以不足以使催化劑床產(chǎn)生沸騰的速率輸送流體，和利用在液體和氣化的設計供料速率下選擇催化劑的尺寸、形狀和密度，防止在設計的供料速率下填充床發(fā)生沸騰的方法，使均勻分布的液烴和氫氣連續(xù)流經(jīng)一密實的催化劑填充床，以充滿反應器容器的整個容積成為可能。催化劑是通過在一大型的中間試驗車間，以烴、氫氣和催化劑在設計壓力和流速下運行，測量床層的膨脹后選擇的。
文檔編號B01J8/18GK1059164SQ9010698
公開日1992年3月4日 申請日期1990年8月15日 優(yōu)先權日1989年7月19日
發(fā)明者大衛(wèi)·C·克拉默, 詹·T·麥克科爾, 布·E·斯坦格蘭德, 喬·L·舒爾曼, 大·S·斯密斯, 羅·W·巴赫托 申請人:切夫里昂研究和技術公司