CN118019829A - 用于处理化学品的方法 - Google Patents
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Abstract
根据本公开的一个或多个实施方案，一种用于处理化学品的方法可以包括使进料流在催化剂的存在下反应以形成产物流，将催化剂传递至再生器，从补充燃料流中除去烯烃以形成贫烯烃的补充燃料流，将贫烯烃的补充燃料流传递至再生器，在再生器中燃烧贫烯烃的补充燃料流以加热催化剂，以及将经加热的催化剂传递至反应器。补充燃料流可以包含至少90摩尔％的氢气、甲烷和氮气的组合。补充燃料流可以包含0.1摩尔％至10摩尔％的烯烃。贫烯烃的补充燃料流可以包含小于或等于50％的在烯烃去除之前存在于补充燃料流中的烯烃。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年10月4日提交的名称为“用于处理化学品的方法(Methodsfor Processing Chemicals,)”的美国申请序列号63/251,873的权益和优先权，该美国申请的全部内容以引用方式并入本公开。
技术领域
本文所述的各实施方案总体上涉及化学处理，并且更具体地，涉及用于催化化学转化的方法和***。
背景技术
化学产品可以通过使用催化剂的工艺生产。在这些工艺中，催化剂可能变成“用过的”并且在随后的反应中具有降低的活性。另外，吸热过程需要热量，并且“用过的”催化剂可能需要再加热。因此，可以将用过的催化剂从反应器转移至再生器进行再加热和再生，从而增加催化剂的活性以供在进一步反应中使用。再生之后，可以将催化剂转移回至反应器以供在随后的反应中使用。
发明内容
再生催化剂可以包括在再生器中燃烧补充燃料以加热催化剂。补充燃料可以从多种来源获得，包括丙烷脱氢或蒸汽裂化工艺的废气。从一些来源获得的补充燃料，诸如一些蒸汽裂化工艺的废气，可以包括烯烃。已经发现，当再生器处于其操作温度时，在补充燃料中发现的烯烃可能导致在再生器中的燃料气体分布器上形成焦炭。在燃料气体分布器上形成焦炭是不期望的，并且可能导致工艺中断。向补充燃料中添加硫可以降低焦炭形成速率；然而，将硫引入到补充燃料中可能需要管理燃料气体中SOx的形成，并且一旦将再生的催化剂返回到反应器中以供在进一步反应中使用，则对反应器中催化剂的性能具有负面影响。
因此，需要用于处理燃料气体以减少在再生器燃料气体分布器上形成焦炭的改进方法。本文所述的方法解决了这些问题中的一个或多个问题。如本文所述，可以在将补充燃料传递至再生器之前除去补充燃料中所含的至少一部分烯烃。从补充燃料中除去烯烃可以降低在再生器中的燃料气体分布器上的焦炭形成速率。降低燃料气体分布器上的焦炭形成速率对于维持燃料气体在整个再生器中的均匀分布可能是期望的。
根据本公开的一个或多个实施方案，一种用于处理化学品的方法可以包括在反应器中在催化剂的存在下使进料流反应以形成产物流并且将催化剂传递至再生器。该方法可以进一步包括从补充燃料流中除去烯烃以形成贫烯烃的补充燃料流。补充燃料流包含至少90摩尔％的氢气、甲烷和氮气的组合。在从补充燃料流中除去烯烃之前，补充燃料流包含0.1摩尔％至10摩尔％的烯烃。贫烯烃的补充燃料流包含小于或等于50％的在烯烃去除之前存在于补充燃料流中的烯烃。该方法可以进一步包括将贫烯烃的补充燃料流传递至再生器，在再生器中燃烧贫烯烃的补充燃料流以加热催化剂以形成经加热的催化剂，以及将经加热的催化剂传递至反应器。
本文公开的技术的额外特征和优点将在下文具体实施方式中阐述，并且将部分地由本领域的技术人员从所述描述而容易地显而易见或通过实践如本文所述的技术(包括下文具体实施方式、权利要求书以及附图)而认识到。
附图说明
对本公开的特定实施方案的以下详细描述在结合以下附图时可最好地理解，在附图中用类似的参考数字指示类似的结构且在附图中：
图1示意性地描绘了根据本文所公开的一个或多个实施方案的用于处理化学品的***；并且
图2示意性地描绘了根据本文所公开的一个或多个实施方案的用于生产烯烃的反应器和再生器。
应当理解，附图在本质上是示意性的，并且不包括本领域中常用的流体催化反应器***的一些部件，诸如但不限于温度变送器、压力变送器、流量计、泵、阀等。众所周知，这些部件在所公开的本实施方案的精神和范围之内。然而，操作部件(诸如在本公开中描述的那些部件)可以被添加到本公开中所描述的实施方案。
现在将更详细地参考各种实施方案，其中一些实施方案在附图中示出。在可能的情况下，整个附图中将使用相同的附图标号来指代相同或类似的部件。
具体实施方式
如本文所述，用于处理化学品的方法可以包括在反应器中在催化剂的存在下使进料流反应以形成产物流并将催化剂传递至再生器。可以从补充燃料流中除去烯烃以形成贫烯烃的补充燃料流，可以将该贫烯烃的补充燃料流传递至再生器。贫烯烃的补充燃料流可以在再生器中燃烧以加热催化剂，并且催化剂可以在催化剂再生之后返回到反应器，催化剂再生可以包括除去催化剂上的焦炭、通过燃烧贫烯烃的补充燃料加热催化剂以及用氧处理步骤再活化催化剂中的一者或多者。本文所述的方法可以适用于***，诸如图1中所描绘的***。然而，应当理解，本文所公开和教导的原理可以适用于利用以不同方式定向的不同***部件的其他***。
如本文所述，术语“烯烃”是指由氢和碳组成的化合物，其含有一对或多对通过双键连接的碳原子。例如，烯烃包括乙烯、丙烯或丁烯。如本文所述，丁烯可以包括丁烯的任何异构体，诸如1-丁烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯和异丁烯。
现在参考图1，如参考前述附图和描述可以理解的，在用于处理化学品的***100中，进料流202可以在反应器200中在催化剂的存在下反应以形成产物流204。催化剂可以通过催化剂流206传递至再生器300。在再生器300中，催化剂可以被加热和再活化。在一些实施方案中，除了燃烧存在于催化剂上的焦炭之外，加热催化剂还可以包括在再生器300中燃烧补充燃料。来自补充燃料源400的补充燃料流402可以包括烯烃。可以在补充燃料处理***500中从补充燃料流402中除去烯烃以形成贫烯烃的补充燃料流502，可以将该贫烯烃的补充燃料流传递至再生器区段300。经加热和再活化的催化剂可以被传递回至流302中的反应器区段200以进行随后的反应循环。
用于处理化学品的方法可以包括在反应器200中在催化剂的存在下使进料流202反应以形成产物流204。加工的化学品流可以称为进料流202，该进料流通过反应来加工以形成产物流204。进料流202可以包含组合物，并且取决于进料流组合物，可以利用适当的催化剂来将进料流202的内容物转化为产物流204。在一些实施方案中，进料流202可以包括烷烃或烷基芳烃，并且产物流204可以包括轻质烯烃。
如本文所述，“反应器”是指鼓、桶、大桶或适用于给定化学反应的其他容器。反应器的形状可以大体上呈圆柱形(即，具有基本上圆形的直径)，或者可以替代地呈非圆柱形形状，诸如具有三角形、矩形、五边形、六边形、八边形、椭圆形或其他多边形、或弯曲闭合形状、或它们的组合的横截面形状的棱柱形状。如贯穿本公开所用，反应器通常可以包括金属框架，并且可以另外包括耐火衬里或用于保护金属框架和/或控制工艺条件的其他材料。
本文所述的用于处理化学品的方法可以包括从补充燃料流402中除去烯烃以形成贫烯烃的补充燃料流502。在一个或多个实施方案中，补充燃料流402可以包含一种或多种可燃或不可燃气体。例如，补充燃料流402可以包含氢气、甲烷、乙烷、氮气或这些气体的组合。在实施方案中，补充燃料流402可以包含至少90摩尔％的氢气、甲烷、氮气和乙烷的组合。例如，补充燃料流402可以包含至少90摩尔％、至少92摩尔％、至少95摩尔％、至少97摩尔％、至少99摩尔％或至少99.9摩尔％的氢气、甲烷、氮气和乙烷的组合。在实施方案中，补充燃料流402包含0.1摩尔％至10摩尔％的烯烃。例如，补充燃料流可以包含0.1摩尔％至10摩尔％、2摩尔％至10摩尔％、4摩尔％至10摩尔％、6摩尔％至10摩尔％、8摩尔％至10摩尔％、0.1摩尔％至8摩尔％、0.1摩尔％至6摩尔％、0.1摩尔％至4摩尔％、0.1摩尔％至2摩尔％、或这些范围的任何组合或子集。在一些实施方案中，补充燃料流402可以进一步包含一氧化碳，诸如以小于1摩尔％、小于0.1摩尔％或甚至更少的量。
在一个或多个实施方案中，可以从补充燃料流402中除去烯烃以形成贫烯烃的补充燃料流502。从补充燃料流402中除去烯烃可以在烯烃去除***500中进行。贫烯烃的补充燃料流502可以包含小于或等于50％的在烯烃去除之前存在于补充燃料流402中的烯烃。例如，补充燃料流402可以包含小于或等于50摩尔％、40摩尔％、30摩尔％、20摩尔％、10摩尔％、5摩尔％或1摩尔％的在烯烃去除之前存在于补充燃料流402中的烯烃。在实施方案中，贫烯烃的补充燃料流502可以基本上不含烯烃。如本文所述，“基本上不含”烯烃的流包含小于0.1摩尔％的烯烃、小于0.05摩尔％的烯烃、或甚至小于0.01摩尔％的烯烃。
在一个或多个实施方案中，从补充燃料流或废气流中除去烯烃可以包括氢化反应。如本文所述，“氢化反应”是指将氢原子加成到分子上的反应。例如，氢化反应可以用于使链烯烃中的双键饱和以形成烷烃。另外，氢化反应可以用于使炔(诸如乙炔)中的三键饱和以形成烷烃。此外，可以存在于补充燃料流中的一氧化碳的氢化可以导致甲烷的形成。在实施方案中，补充燃料流或废气流中的烯烃可以被氢化以形成烷烃，从而有效地从补充燃料流或废气流中除去烯烃。在此类实施方案中，烯烃去除***500可以能够操作以进行氢化反应。
在一个多个实施方案中，氢化反应在固定床反应器中进行。如本文所述，“固定床反应器”是其中容器的至少一部分填充有催化剂床使得反应物通过催化剂床并转化成产物的容器。固定床反应器可以是可操作以氢化烯烃的任何固定床反应器。在实施方案中，固定床反应器可以是绝热固定床反应器。在实施方案中，固定床反应器可以是等温固定床反应器。
固定床反应器中的催化剂床中的催化剂可以是适用于氢化烯烃的任何催化剂。在其中一氧化碳存在于流中的实施方案中，催化剂可以进一步适用于氢化一氧化碳。在一些实施方式中，催化剂可以包含Cu、Zn、Ni、Co、Mo、W、Pd、Rh、Pt以及它们的组合。在实施方案中，催化剂可以包含本文所预期的金属的氧化物或硫化物。催化剂可以进一步包含载体。载体可以包含氧化铝、二氧化硅、氧化锆和二氧化钛中的一种或多种。在实施方案中，催化剂可以包含CoMoSx/NiMoSx催化剂。在实施方案中，催化剂可以包含负载Ni的催化剂。在实施方案中，催化剂可以包含负载Pd的催化剂或负载Pd-Ag的催化剂。
根据一个或多个实施方案，固定床反应器可以在足以将补充燃料或废气中的烯烃转化为烷烃的工艺条件下操作。在实施方案中，固定床反应器可以在30℃至300℃的温度下操作。例如，固定床反应器可以在30℃至300℃、50℃至300℃、100℃至300℃、150℃至300℃、200℃至300℃、250℃至300℃、30℃至250℃、30℃至200℃、30℃至150℃、30℃至100℃、30℃至50℃、或这些范围的任何组合或子集的温度下操作。在一个或多个实施方案中，固定床反应器可以在适用于在固定床中使用的催化剂的温度下操作。例如，当催化剂包含Ni时，固定床反应器的温度可以为210℃至300℃。
在一个或多个实施方案中，固定床反应器可以在25psia至500psia的压力下操作。例如，固定床反应器可以在25psia至500psia、50psia至500psia、100psia至500psia、150psia至500psia、200psia至500psia、250psia至500psia、300psia至500psia、350psia至500psia、400psia至500psia、450psia至500psia、25psia至450psia、25psia至400psia、25psia至350psia、25psia至300psia、25psia至250psia、25psia至200psia、25psia至150psia、25psia至100psia、25psia至50psia或这些范围的任意组合或子集的压力下操作。
在一个或多个实施方案中，固定床反应器可以具有500h-1至10,000h-1的气时空速(GHSV)。例如，固定床反应器可以具有500h-1至10,000h-1、1,000h-1至10,000h-1、3,000h-1至10,000h-1、5,000h-1至10,000h-1、7,000h-1至10,000h-1、9,000h-1至10,000h-1、500h-1至9,000h-1、500h-1至7,000h-1、500h-1至5,000h-1、500h-1至3,000h-1、500h-1至1,000h-1或这些范围的任何组合或子集的GHSV。
在一个或多个实施方案中，从补充燃料流中除去烯烃可以包括从补充燃料流的剩余部分中分离烯烃。在此类实施方案中，烯烃去除装置500可以能够操作以从补充燃料流402中分离烯烃。在实施方案中，从补充燃料或废气流中分离烯烃可以通过膜分离实现。膜分离工艺可以使用膜来将渗透物与渗余物分离，其中渗透物通过膜而渗余物不通过膜。在一个或多个实施方案中，膜可以能够操作以将烯烃与补充燃料流的烷烃和其他成分分离。在一个或多个实施方案中，膜可以包含聚酰亚胺膜材料或聚砜膜材料。
在一个或多个实施方案中，从补充燃料流或废气流中分离烯烃可以通过吸附工艺实现。吸附工艺可以是适用于从补充燃料流或废气流中的链烷烃或烷烃中分离烯烃的任何吸附工艺。在实施方案中，吸附工艺可以包括变压吸附、真空变压吸附或变温吸附。
用于处理化学品的方法可以包括将贫烯烃的补充燃料流502传递至再生器300。在一个或多个实施方案中，贫烯烃的补充燃料流502可以通过一个或多个燃料气体分布器引入到再生器300中。一个或多个燃料气体分布器中的每一者可以包括多个燃料气体喷射扩散器。燃料气体喷射扩散器允许贫烯烃的补充燃料流离开一个或多个燃料气体分布器并进入再生器。一个或多个燃料气体分布器和燃料气体喷射扩散器可以被布置为向再生器提供贫烯烃的补充燃料的均匀分布。在一个或多个实施方案中，可以用于再生器300中的燃料气体分布器和燃料气体喷射扩散器在美国专利9,889,418号中详细描述。
不受理论的束缚，进料至再生器的补充燃料流中烯烃的存在可以导致在燃料气体分布器和燃料气体喷射扩散器上形成焦炭。降低补充燃料流中烯烃的浓度以形成贫烯烃的补充燃料流并将贫烯烃的补充燃料传递至再生器可能导致减少燃料气体分布器和燃料气体喷射扩散器上的焦炭形成。燃料气体分布器和燃料气体喷射扩散器上的焦炭形成可能导致燃料气体在整个再生器中的不均匀分布。此外，从燃料气体分布器中除去焦炭和燃料气体喷射可能导致***停机。将焦炭在燃料气体分布器和喷射器上的积聚最小化可以促进燃料气体在再生器300中的均匀分布，并且减少对燃料气体分布器和喷射器的维护的需要。
在一个或多个实施方案中，再生器300中的一个或多个燃料气体分布器的温度可以为600℃至925℃。例如，再生器300中的一个或多个燃料气体分布器的温度可以为600℃至925℃、600℃至900℃、600℃至880℃、600℃至860℃、600℃至840℃、600℃至820℃、600℃至800℃、600℃至780℃、600℃至760℃、600℃至740℃、600℃至720℃、600℃至700℃、600℃至680℃、600℃至660℃、600℃至640℃、600℃至620℃、620℃至925℃、640℃至925℃、660℃至925℃、680℃至925℃、700℃至925℃、720℃至925℃、740℃至925℃、760℃至925℃、780℃至925℃、800℃至925℃、820℃至925℃、840℃至925℃、860℃至925℃、880℃至925℃、900℃至925℃、或这些范围的任何组合或子集。不受理论的束缚，当一个或多个燃料气体分布器的温度为600℃至780℃时，当补充燃料包括烯烃时，焦炭可以是一个或多个燃料气体分布器上形成。当燃料气体分布器处于600℃至780℃的温度时，降低补充燃料中烯烃的浓度可以降低一个或多个燃料气体分布器上的焦炭形成速率。
用于处理化学品的方法可以包括在再生器300中燃烧贫烯烃的补充燃料流502以加热催化剂，以形成经加热的催化剂。在一个或多个实施方案中，经加热的催化剂的温度高于在流206中传递至再生器的催化剂的温度。经加热的催化剂可以在流302中从再生器300传递至反应器200。在一个或多个实施方案中，催化剂可以在再生器300中加热至足以维持反应器300的热平衡的温度。换句话说，在再生器300中加热的催化剂可以是用于维持反应器200的温度的主要热源。
在一个或多个实施方案中，可以通过使经加热的催化剂与氧气接触以形成氧气处理的催化剂来进一步处理经加热的催化剂，并且可以将氧气处理的催化剂通入反应器中。例如，可以使经加热的催化剂与含氧气体(诸如空气、富氧空气或甚至纯氧气)接触。氧气处理的催化剂对于在反应器内发生的一种或多种反应(包括但不限于脱氢反应)可以具有增加的活性。
在一个或多个实施方案中，补充燃料流402可以是来自脱氢工艺或蒸汽裂化工艺或的废气。例如，补充燃料流402可以是来自丙烷脱氢工艺、乙苯脱氢工艺、丁烷脱氢工艺、乙烷脱氢工艺或蒸汽裂化工艺的废气。
在一个或多个实施方案中，补充燃料流402是来自蒸汽裂化工艺的废气。在此类实施方案中，图1的燃料气体源400是蒸汽裂化***。蒸汽裂化***可以能够操作以产生可以用作补充燃料流的废气流和来自烃进料的蒸汽裂化产物流。
在一个或多个实施方案中，蒸汽裂化烃进料可以在蒸汽裂化单元中进行。蒸汽裂化单元可以能够操作以接收烃进料并裂化烃进料的一种或多种成分，以至少形成废气流和蒸汽裂化产物流。烃进料中存在的乙烷、丙烷、石脑油和其他烃可以在蒸汽裂化单元中蒸汽裂化以生产至少一种或多种烯烃，诸如但不限于乙烯、丙烯、丁烯或这些的组合。蒸汽裂化单元可以在足以从烃进料中的烃生产一种或多种轻质烯烃(诸如乙烯和丙烯)的条件(即温度、压力、滞留时间等)下运行。在一些实施方案中，蒸汽裂化单元可以在500℃至950℃、500℃至900℃、600℃至950℃、600℃至900℃、700℃至950℃、或700℃至900℃的温度下操作。蒸汽裂化单元的温度可以取决于引入蒸汽裂化单元的烃进料的组成。
烃进料可以是任何烃流，诸如来自石油化工工艺的产物流或来自原油、天然气液(NGL)或其他烃来源的精炼操作的石脑油。在一些实施方案中，烃进料可以包括在蒸汽裂化单元之前或在该单元中混合的多个不同的烃料流。在一些实施方案中，烃进料可以是轻质烃原料，诸如包括乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、其他轻质烃或这些的组合的原料。
在一个或多个实施方案中，蒸汽裂化产物流可以包括一种或多种裂化反应产物，诸如但不限于乙烯、丙烯、丁烯(例如，1-丁烯、反式-2-丁烯、顺式-2-丁烯、异丁烯)或这些的组合。
废气流可以包含至少90摩尔％的氢气、甲烷和氮气的组合。例如，废气流可以包含至少90摩尔％、至少92摩尔％、至少95摩尔％、至少97摩尔％、至少99摩尔％或至少99.9摩尔％的氢气、甲烷和氮气的组合。废气流可以包含0.1摩尔％至10摩尔％的烯烃。例如，废气流可以包含0.1摩尔％至10摩尔％、2摩尔％至10摩尔％、4摩尔％至10摩尔％、6摩尔％至10摩尔％、8摩尔％至10摩尔％、0.1摩尔％至8摩尔％、0.1摩尔％至6摩尔％、0.1摩尔％至4摩尔％、0.1摩尔％至2摩尔％、或这些范围的任何组合或子集。在一个或多个实施方案中，废气流的至少一部分可以是补充燃料流402。
在一个或多个实施方案中，反应器200中发生的反应可以是脱氢反应。脱氢反应可以是热脱氢反应或催化脱氢反应。根据此类实施方案，进料流202可以包含乙苯、乙烷、丙烷、正丁烷和异丁烷中的一种或多种。在一个或多个实施方案中，进料流202可以包含至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或甚至至少99重量％的乙烷。在附加实施方案中，进料流202可以包含至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或甚至至少99重量％的丙烷。在附加实施方案中，进料流202可以包含至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或甚至至少99重量％的正丁烷。在附加实施方案中，进料流202可以包含至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或甚至至少99重量％的异丁烷。在附加实施方案中，进料流202可以包含至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、至少95重量％或甚至至少99重量％的乙烷、丙烷、正丁烷和异丁烷的总和。
在一个或多个实施方案中，产物流204可以包含至少30重量％的烯烃。例如，产物流204可以包含至少30重量％的烯烃、至少40重量％的烯烃、至少50重量％的烯烃、或甚至至少60重量％的烯烃。在一个或多个实施方案中，包含产物流的烯烃可以包含乙烯、丙烯、苯乙烯和丁烯(诸如1-丁烯、反式-2-丁烯、顺式-2-丁烯和异丁烯)中的一种或多种。
在一个或多个实施方案中，脱氢反应可以利用镓和/或铂颗粒状固体作为催化剂。在此类实施方案中，催化剂可以包含镓和/或铂催化剂。如本文所述，镓和/或铂催化剂包含镓、铂或两者。镓和/或铂催化剂可以由氧化铝或氧化铝二氧化硅载体承载，并且可以任选地包含钾。在美国专利8,669,406号中公开了此类镓和/或铂催化剂，该美国专利以引用方式整体并入本文。然而，应当理解，可以利用其他合适的催化剂来进行脱氢反应。例如，在实施方案中，混合金属氧化物可以是用于进行脱氢反应的合适催化剂。在一个或多个实施方案中，催化剂可以包含多种催化剂的组合，诸如但不限于混合金属氧化物催化剂和镓和/或铂催化剂。
在一个或多个实施方案中，催化剂可以包含Geldart A颗粒。Geldart A颗粒通常可以表现出小平均粒度和/或低颗粒密度(<～1.4克/立方厘米，g/cm3)；容易流化，其中在低气体速度下平稳流化；以及在较高气体速度下表现出具有小气泡的受控鼓泡。在一个或多个实施方案中，Geldart A颗粒可以形成可充气粉末，该可充气粉末具有无气泡范围的流化；高床膨胀；缓慢且线性的脱气速率；气泡特性，该气泡特性包括***/重新聚结气泡的优势，具有最大气泡尺寸和大尾流；高水平的固体混合和气体返混，假设相等U-Umf(U为载气的速度，并且Umf为最小流化速度，通常但不一定以米每秒(m/s)测量，即存在过高的气体速度)；轴对称的料块特性；以及除了在非常浅的床中之外没有喷动。所列出的特性倾向于随着平均粒度降低而改善，假设相等；或者随着<45微米(μm)比例增加；或者随着气体的压力、温度、粘度和密度增加。
在一个或多个实施方案中，图1的反应器200和再生器300可以如图2所描绘来配置。然而，应当理解，其他反应器***配置可以适用于本文所述的方法。现在参考图2，示意性地描绘了可以适用于本文所述方法的示例性反应器***102。反应器***102通常包括多个***部件，诸如反应器200和/或再生器300。如本文在图1的上下文中所使用的，反应器200通常指代反应器***102的发生主要过程反应的部分。反应器200包括反应器容器202，该反应器容器可以包括下游反应器区段230和上游反应器区段250。根据一个或多个实施方案，如图2所描绘，反应器200可以另外包括催化剂分离区段210，该催化剂分离区段用于将催化剂与反应器容器202中形成的化学产物分离。同样，如本文所用，再生器300通常是指反应器***102中以某种方式诸如通过燃烧来处理催化剂的部分。再生器部分300可以包括燃烧器350和提升管330，并且可以任选地包括催化剂分离区段310。在一些实施方案中，催化剂可以通过烧掉再生器部分300中的污染物如焦炭而再生。在实施方案中，催化剂可以在再生器300中加热。贫烯烃的补充燃料可以用于加热再生器300中的催化剂。在一个或多个实施方案中，催化剂分离区段210可以与燃烧器350流体连通(例如，经由竖管426)，并且催化剂分离区段310可以与上游反应器区段250流体连通(例如，经由竖管424和输送提升管430)。
如关于图2所描述，进料流202可以进入输送提升管430，并且产物流204可以经由管道420离开反应器***102。根据一个或多个实施方案，反应器***102可以通过将化学进料(例如，在进料流中)和流化催化剂进料到上游反应器区段250中来操作。化学进料与上游反应器区段250中的催化剂接触，并且每个化学进料向上流入并通过下游反应器区段230以产生化学产物。化学产品和催化剂可以从下游反应器区段230传递至催化剂分离区段210中的分离装置220，在该分离装置处催化剂从化学产品中分离出来，该化学产品从催化剂分离区段210输送出来。将分离的催化剂从催化剂分离区段210传递至燃烧器350。在燃烧器350中，催化剂可以通过例如燃烧来处理。例如但不限于，催化剂可以是脱焦的并且可以燃烧贫烯烃的补充燃料流以加热催化剂。贫烯烃的补充燃料502可以通过管道428传递至燃烧器350。然后，将催化剂从燃烧器350中传递出去，并且通过提升管330到提升管终端分离器378，其中来自提升管330的气体和固体组分被至少部分地分离。蒸气和剩余固体被输送到催化剂分离区段310中的二级分离装置320，在该二级分离装置中剩余催化剂与来自催化剂处理的气体(例如，通过燃烧用过的催化剂或补充燃料发出的气体)分离。分离的催化剂然后经由竖管424和输送提升管430从催化剂分离区段310传递至上游反应器区段250，其中该催化剂进一步用于催化反应。因此，催化剂在操作中可以在反应器部分200与催化剂处理部分300之间循环。一般来说，包括进料流和产物流的经处理化学品流可以为气态，并且催化剂可以为流化颗粒状固体。
应当理解，分配给某特性的任何两个定量值可以构成该特性的范围，并且在本公开中考虑由给定特性的所有所述定量值形成的范围的所有组合。应当理解，在一些实施方案中，组合物中的化学成分的组成范围应当理解为含有该成分的异构体的混合物。在附加实施方案中，化学化合物可以以替代形式存在，诸如衍生物、盐、氢氧化物等。通常，本文所述的反应器***102的任何***单元的“入口端口”和“出口端口”指代***单元中的开口、孔、通道、开孔、间隙或其他相似机械特征部。例如，入口端口允许材料进入特定***单元并且出口端口允许材料从特定***单元离开。通常，出口端口或入口端口将定义反应器***102的***单元的区域，管道、导管、管子、软管、输送管线或相似机械特征部附接到该区域，或定义另一个***单元直接附接到的***的一部分。虽然入口端口和出口端口在本文中有时可以描述为功能性地操作，但是它们可以具有类似或相同物理特性，并且它们在可以操作***中的相应功能不应被解释为限制其物理结构。
实施例
以下实施例示出本公开的特征，但并不意图限制本公开的范围。根据本文公开的一个或多个实施方案，以下实施例讨论了不锈钢上的焦炭形成速率。
分析了不锈钢上的焦炭形成速率。来自蒸汽裂化工艺的包含2摩尔％的乙烯、80摩尔％的H2和18摩尔％的甲烷的废气样品通过40英寸长的304H不锈钢管。将不锈钢管卷绕在炉内，并且将炉加热至700℃。在焦化过程的持续时间(其范围为1小时至150小时)内，将废气连续进料通过不锈钢管。然后，在脱焦步骤中使用包含5摩尔％的氧气和95摩尔％的氮气的气体将焦炭烧掉。通过质谱分析在脱焦步骤期间产生的气体以确定在脱焦步骤期间产生的气体中CO和CO2的浓度。CO和CO2的浓度用于确定已经在不锈钢管中形成的焦炭的量。然后，使用焦炭的量、不锈钢管的内表面积和焦化过程的持续时间计算焦炭形成速率。
包含2摩尔％的乙烯、80摩尔％的H2和18摩尔％的甲烷的废气在700℃下的焦炭形成速率为约3mg/in2/hr。假设焦炭生长速率恒定且估计的焦炭密度为0.2g/cm3，积聚在***部件上的焦炭的厚度将为约20.4cm/年。在各种***部件中以该速率进行的焦炭积聚将可能导致操作中断。
当乙烯的浓度为0摩尔％时，预期当废气仅包括氢气和甲烷时没有焦炭形成。特别地，氢气不包括碳，因此它不能形成焦炭。另外，甲烷在700℃的热分解是可忽略的。由于热分解通常导致焦炭形成，因此预期在700℃下由甲烷形成焦炭将是可忽略的。因此，降低废气中乙烯的浓度会导致焦炭形成速率的降低。
应当注意，所附权利要求中的一项或多项权利要求利用术语“其中”作为过渡性表述。出于定义本技术的目的，应当注意，该术语在权利要求书中作为开放式过渡短语被引入，该过渡短语用于引入对结构的一系列特性的叙述，并且应当按照与更常用的开放式前序术语“包括”类似的方式进行解释。
应当理解，在第一组分被描述为“包含”第二组分的情况下，预期在一些实施方案中，第一组分“由”或“基本上由”第二组分组成。还应当理解，在第一组分被描述“包含”第二组分的情况下，预期在一些实施方案中，第一组分可以包含至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％或甚至至少99％的该第二组分(其中％可以是重量％或摩尔％)。
另外，术语“基本上由…组成”在本公开中用于指不会实质上影响本公开的基本特性和新颖特性的定量值。例如，“基本上”由特定化学成分或化学成分组组成的化学组合物应理解为是指该组合物包含至少约99.5％的该特定化学成分或化学成分组。
已详细地并且通过参考特定实施方案描述本公开的主题。应当理解，对实施方案的组分或特征的任何详细描述不一定暗示该组分或特征对于具体实施方案或任何其他实施方案而言是必要的。进一步地，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离所要求保护的主题的实质和范围的情况下对所描述的实施方案进行各种修改和改变。
Claims (14)
1.一种用于处理化学品的方法，所述方法包括：
使进料流在催化剂存在下在反应器中反应以形成产物流；
将所述催化剂传递至再生器；
从补充燃料流中除去烯烃以形成贫烯烃的补充燃料流，其中：
所述补充燃料流包含至少90摩尔％的氢气、甲烷和氮气的组合；
在从所述补充燃料流中除去所述烯烃之前，所述补充燃料流包含0.1摩尔％至10摩尔％的烯烃；并且
所述贫烯烃的补充燃料流包含小于或等于50％的在所述烯烃去除之前存在于所述补充燃料流中的所述烯烃；
将所述贫烯烃的补充燃料流传递至所述再生器；
在所述再生器中燃烧所述贫烯烃的补充燃料流以加热所述催化剂，从而形成经加热的催化剂；以及
将所述经加热的催化剂传递至所述反应器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述补充燃料流是来自丙烷脱氢工艺、乙苯脱氢工艺、丁烷脱氢工艺、乙烷脱氢工艺或蒸汽裂化工艺的废气流。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中从所述补充燃料流中除去烯烃包括氢化反应或通过膜或吸附的分离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中从所述补充燃料流中除去烯烃包括在固定床反应器中发生的氢化反应。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述固定床反应器在30℃至300℃的温度下操作。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述固定床反应器在25psia至500psia的压力下操作。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述固定床反应器在500h-1至10,000h-1的气时空速下操作。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中使所述进料流反应包括进行脱氢反应。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述进料流包含一种或多种烷烃或烷基芳烃。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述催化剂包含Geldart A颗粒。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述产物流包含乙烯、丙烯、丁烯或苯乙烯中的一种或多种。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：
使所述经加热的催化剂与氧气接触以形成氧气处理的催化剂；以及
将所述氧气处理的催化剂传递至所述反应器。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括，
处理烃进料以至少形成所述补充燃料流和产物流，其中所述处理包括丙烷脱氢、乙苯脱氢、丁烷脱氢、乙烷脱氢或蒸汽裂化中的一种或多种；以及
将所述补充燃料流氢化以形成贫烯烃的补充燃料流。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述贫烯烃的补充燃料流通过一个或多个燃料气体分布器传递至所述再生器。
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