用于从含氯物种溶液中分离含氯物种的系统和方法

申请号 CN201480056765.5 申请日 2014-10-09 公开(公告)号 CN105658770A 公开(公告)日 2016-06-08
申请人 环球油品公司; 发明人 M·D·莫泽; D·A·韦格尔;
摘要 公开了从催化 烃 转化方法中的含氯物种 水 溶液中分离含氯物种的方法,所述方法包括步骤:将废含氯化物烃转化催化剂 氧 化,所述废烃转化催化剂包含在其上形成的烃残余物。氧化形成包含含氯物种、水和 碳 氧化物的 烟道气 。方法进一步包括使烟道气与水洗涤料流 接触 以将至少一部分含氯物种溶于水洗涤料流中以形成酸水溶液,和使酸水溶液与吸湿性液体接触以产生脱水氯化氢气体。又进一步,方法包括使脱水氯化氢气体与另外废含氯化物烃转化催化剂以使氯吸着在另外废含氯化物烃转化催化剂上。
权利要求

1.从催化转化方法中的含氯物种溶液中分离含氯物种的方法,所述方法包括步骤:
将废含氯化物烃转化催化剂化,所述废烃转化催化剂包含在其上形成的烃残余物,其中氧化形成包含含氯物种、水和氧化物的烟道气
使烟道气与水洗涤料流接触以将至少一部分含氯物种溶于水洗涤料流中以形成酸水溶液;
使酸水溶液与吸湿性液体接触以产生脱水氯化氢气体;和
使脱水氯化氢气体与另外废含氯化物烃转化催化剂接触以使氯吸着在另外废含氯化物烃转化催化剂上。
2.根据权利要求1的方法,其中将废含氯化物烃转化催化剂氧化包括在氧气(O2)的存在下燃烧。
3.根据权利要求2的方法,其中将废含氯化物催化剂氧化进一步包括形成再生的含氯化物催化剂。
4.根据权利要求3的方法,其进一步包括使再生的含氯化物催化剂与选自重整、脱氢、异构化、烷基化和烷基交换的方法中的烃进料流接触。
5.根据权利要求1的方法,其进一步包括将未溶解的气体与酸水溶液分离。
6.根据权利要求1的方法,其中形成包含含氯物种的烟道气包括形成包含氯化氢的烟道气。
7.根据权利要求1的方法,其中与吸湿性液体接触包括与选自氯化(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化锂(LiCl2)和氯化锌(ZnCl2)溶液的吸湿性液体接触。
8.根据权利要求1的方法,其中与吸湿性液体接触进一步包括形成稀释的吸湿性液体。
9.根据权利要求8的方法,其进一步包括使稀释的吸湿性液体再生。
10.根据权利要求1的方法,其进一步包括将另外废含氯化物烃转化催化剂氧化以产生其它烟道气。

说明书全文

用于从含氯物种溶液中分离含氯物种的系统和方法

[0001] 优先权声明
[0002] 本申请要求2013年10月24日提交的美国申请No.14/062,696的优先权,通过引用将其全部内容结合到本文中。

技术领域

[0003] 本公开内容一般性地是用于将含氯物种从该含氯物种的水溶液中分离的系统和方法。更特别是,本公开内容涉及用于将含氯物种,例如氯化氢(HCl)从在催化转化方法中产生的该含氯物种水溶液中分离的系统和方法。
[0004] 背景
[0005] 尽管用于烃转化(例如重整、脱氢、异构化、烷基化和烷基交换)的催化剂倾向于在使用一段时间以后减活,催化剂的活性可通过多种方法中的一种,通常一般性地称为再生方法恢复。再生方法是广泛使用的,再生方法中包括的具体步骤部分地取决于减活的原因。例如,如果催化剂由于累积在催化剂上的焦炭而减活,则再生通常包括通过燃烧除去焦炭。
再生方法的操作条件和方法是熟知的。再生方法可就地进行,或者可将催化剂从进行烃转化的容器中取出并输送至分开的再生区中用于再活化。用于将催化剂颗粒从反应区中连续或半连续地取出以及在再生区中再活化的装置也是熟知的。
[0006] 这些再生方法中的许多分享共同特征:使催化剂在一种或多种含氯物种的存在下接触,其恢复催化剂的活性以用于反应区中。这些含氯物种可作为氯化物化学或物理吸着在催化剂上或者可保持分散在接触催化剂的料流中。然而,在许多再生方法中,将包含含氯物种的烟道气料流从再生方法中排出。使用了几种方法以防止烟道气料流被含氯物种污染并使来自再生方法的烟道气料流中的含氯物种释放最小化。除氯化物损失对催化剂的影响外,含氯物种的排放施以环境顾虑。该环境顾虑可通过将烟道气料流用中和含氯物种的性水溶液洗涤或者通过使含氯物种吸附在吸附剂上而减轻。在一些吸附剂结构中,转化催化剂本身(无论是再生还是减活形式)可用作吸附剂。
[0007] 氯去除问题由于烟道气料流中的水而复杂化,因此,传统吸附剂不能经济地可行用于从烟道气料流中吸附含氯物种。为了经济可行,吸附剂在从烟道气料流中除去高比例的含氯物种的同时必须吸附例如吸附其重量的7-8%氯化物。为了吸附这么多氯化物,烟道气必须具有低水含量,例如少于0.01摩尔%水。水与含氯物种竞争吸附剂上的吸附部位,并且通过占据否则会被含氯物种占据的部位,水妨碍氯化物的吸附并且加速吸附剂的置换。因此,如果烟道气具有高水含量,则吸附剂吸附太多的水并且不能吸附可行量的氯化物。由于因为在焦炭中可发现的含氢化合物,水为焦炭燃烧的常见副产物,烟道气料流通常具有高水含量,例如1-10摩尔%。因此,除非将烟道气干燥,吸附仅吸附经济可行性所需氯化物的重量的三分之一至二分之一。这又可能使吸附方法不能经济地执行。尽管理论上水的吸附可通过在吸附含氯物种以前将烟道气料流干燥而减轻,事实上干燥器是昂贵的以及不可行的,因为含氯物种如氯化氢倾向于使多数干燥剂降解。
[0008] 因此,理想的是提供用于防止烃转化催化剂再生期间含氯物种排放的方法和系统。另外,理想的是提供能够将水与含氯物种分离以提高催化剂再生方法的经济性的这类系统和方法。此外,本发明的其它理想特征和特性从随后的详细描述和所附权利要求书中,连同附图和该背景获悉。
[0009] 概述
[0010] 本公开内容提供用于将含氯物种,例如氯化氢(HCl)从催化烃转化方法中的该含氯物种水溶液中分离的系统和方法。在一个示例实施方案中,公开了从催化烃转化方法中的含氯物种水溶液中分离含氯物种的方法,所述方法包括将废含氯化物烃转化催化剂化,所述废烃转化催化剂包含在其上形成的烃残余物。氧化形成包含含氯物种、水和氧化物的烟道气。方法进一步包括使烟道气与水洗涤料流接触以将至少一部分含氯物种溶于水洗涤料流中以形成酸水溶液,和使酸水溶液与吸湿性液体接触以产生脱水氯化氢气体。仍进一步,方法包括使脱水氯化氢气体与另外废含氯化物烃转化催化剂接触以使氯吸着在另外废含氯化物烃转化催化剂上。
[0011] 在另一示例实施方案中,公开了用于从催化烃转化方法中的含氯物种水溶液中分离含氯物种的系统,所述系统包括:燃烧区,所述燃烧区将废含氯化物烃转化催化剂氧化,所述废烃转化催化剂包含在其上形成的烃残余物,并形成包含含氯物种、水和碳氧化物的烟道气,和洗涤装置,所述洗涤装置使烟道气与水洗涤料流接触以将至少一部分含氯物种溶于水洗涤料流中以形成酸水溶液。该系统进一步包括使酸水溶液与吸湿性液体接触以产生氯化氢气体的萃取蒸馏装置,和使氯化氢气体与另外废含氯化物烃转化催化剂或者与氧化的含氯化物烃转化催化剂接触以使氯吸着在另外废或氧化的含氯化物烃转化催化剂上的吸着区。
[0012] 在又一示例实施方案中,本文公开了将含氯物种与含氯物种水溶液分离的方法,所述方法包括将废含氯化物烃转化催化剂氧化,所述废烃转化催化剂包含在其上形成的烃残余物,其中氧化形成包含含氯物种、水和碳氧化物的烟道气,和使烟道气与水洗涤料流接触以将至少一部分含氯物种溶于水洗涤料流中以形成酸水溶液。仍进一步,方法包括使酸水溶液与吸湿性液体接触以产生脱水氯化氢气体,和使脱水氯化氢气体与氧化的含氯化物烃转化催化剂接触以使氯吸着在氧化的含氯化物烃转化催化剂上。
[0013] 附图简述
[0014] 下面连同以下附图描述本发明实施方案,其中类似的数字表示类似的元件,且其中:
[0015] 图1为阐述根据本公开内容的各个实施方案在烃转化系统上执行的方法的工艺流程图;和
[0016] 图2为阐述根据本公开内容的各个实施方案,如图1中的烃转化系统的含氯物种分离区的工艺流程图。
[0017] 详述
[0018] 以下详细描述在性质上仅为示例的,且不意欲限制所述实施方案的应用和用途。此外,不意欲受先前背景或以下详细描述中呈现的任何理论束缚。
[0019] 本文所述各实施方案涉及用于从在催化烃转化方法中,特别是在烃转化催化剂的再生中形成的含氯物种水溶液中分离含氯物种,例如氯化氢(HCl)的系统和方法。示例实施方案在使烟道气与含氯物种吸附剂,例如一部分催化剂(减活或者部分再生的形式)或另一氯吸附剂接触以前使用吸湿性液体,例如硫酸溶液以降低烟道气的水含量。由于降低的水含量,催化剂再生方法的效率和经济性提高,且关于吸附剂置换的需要降低(在使用分开的氯吸附剂时)。
[0020] 尽管本文所述实施方案主要涉及含氯物种,应当理解所述实施方案可用于降低任何方法中的其它含卤素物种的排放,其使用可吸着含卤素物种的吸附剂并且可从中除去卤素。尽管卤素可包括氟、溴和碘,如上文所指出的,在许多已知方法中,卤素为氯。因此,所述实施方案特别适用于降低氯物种的排放。术语“氯物种”在本文中指任何包含氯的分子。例如,氯物种包括氯气、氯化氢、具有或不具有氧的氯化烃和包含氯和金属的化合物。
[0021] 一般而言,可吸着氯物种的吸附剂包括无机氧化物,例如氧化。氧化铝可单独存在或者它可与多孔无机氧化物稀释剂作为粘合剂材料组合。氧化铝可以以其任何固相存在,例如γ-氧化铝。氧化铝也可作为与其它元素的化学组合存在,例如二氧化-氧化铝或铝-硅酸盐粘土。由于许多烃转化催化剂包括氧化铝,在一些实施方案中,氯物种吸附剂可以为烃转化催化剂本身,为减活(“废”)形式或再生形式。合适的氧化铝基烃转化催化剂包括用于重整、脱氢、异构化、烷基化、烷基交换和其它催化转化方法的催化剂。本文所述实施方案适用的宽泛实践的催化烃转化方法为催化重整。因此,本文中对实施方案的讨论指其在催化重整反应系统中的示例应用。
[0022] 因而,用于在烃转化催化剂的再生中将含氯物种与水溶液分离的示例系统和方法在示例催化重整方法的范围内提供。催化重整为石油精炼工业中用于改进烃原料的辛烷值的确立的熟练烃转化方法,重整的主要产物为电机汽油。简言之,在催化重整中,将原料与包含氢气的再循环料流混合并在反应区中与催化剂接触。用于催化重整的常用原料为称为石脑油的石油馏分,其具有180°F(82℃)的始沸点和400°F(204℃)的终沸点。
[0023] 催化重整反应通常在催化剂颗粒的存在下进行,所述催化剂颗粒包含与多孔多孔载体如耐熔无机氧化物组合的一种或多种VIII族贵金属(例如铂、铱、铑、钯)和卤素。如上所述,卤素可以为氯,且氧化铝可用作载体。在一个示例实施方案中,催化剂为氯化氧化铝上载铂/(Pt/Sn)催化剂。在重整反应过程期间,催化剂颗粒由于机制如焦炭在颗粒上的沉积而减活。即,在使用一段时间以后,催化剂颗粒促进重整反应的能降低至催化剂不再有用的点。因而,理想的是在它再用于重整方法中以前调节或使催化剂再生。
[0024] 本公开内容的实施方案广泛适用于具有固定或移动床反应区和至少一个移动床再生区的重整方法。在这类方法中,将新鲜催化剂颗粒供入可包括几个分区的反应区中,且颗粒由于重力而流过该区。将催化剂从反应区的底部取出并输送至再生区中,在那里使用下文所述多步骤再生方法使催化剂再生以恢复其全部反应促进能力。催化剂由于重力而流过各个再生步骤,然后将它从再生区中取出并供入反应区中。从再生区中取出的催化剂称为再生催化剂。
[0025] 现在参考图1,其为阐述根据本公开内容的各个实施方案在烃转化系统上执行的方法的工艺流程图。特别是,图1阐述根据本公开内容的一些实施方案使用吸着系统从催化剂再生区中产生的烟道气料流中除去氯物种的示例烃重整系统100。如上所述,其它烃转化系统配置也适于本文所述实施方案。起始于催化剂的移动,下部导管10将催化剂颗粒供入非机械12中。可包含例如氢气(H2)的调节流体以调整催化剂颗粒通过阀12输送至提升导管16中的速率通过导管14进入阀12中。非机械阀12可以以任何已知的构型提供,例如L阀、J阀或K阀。当催化剂颗粒进入提升导管16中时,也可包含氢气的提升流体通过导管17进入提升导管的底部并将催化剂颗粒向上通过提升导管16输送至堆叠反应器装置24的顶部26中,颗粒和提升流体进入其中。
[0026] 催化剂从顶部26中向下流过堆叠反应器装置24,首先通过还原区(未单独阐述),其中富氢气体接触并使催化剂颗粒还原,并从那里通过多阶段反应,其中工艺流体接触催化剂颗粒(未单独阐述)。堆叠反应器装置24的接触床和其它内部构件的细节是本领域技术人员熟知的并且容许催化剂颗粒从堆叠反应器装置的顶部26连续或间歇式地流入堆叠反应器装置24底部的下部贮留室28中。包含氢气的清洗流体以足以将烃从下部贮留室28中的催化剂颗粒中清除的速率通过导管20进入下部贮留室28中。
[0027] 包含焦炭沉积物的减活或“废”催化剂颗粒通过下部导管30从下部贮留室28中流出,从废催化剂颗粒料流中置换氢气和烃以防止任何的氢气和烃携带至再生器。在下部导管30的底部,非机械阀34以类似于关于非机械阀12所述的方式操作以将废催化剂颗粒向上输送通过提升导管36。调节流体通过导管22进入阀34中,且提升流体通过导管18进入提升导管的底部。两种流体由送机25提供通过导管23。提升导管36将废催化剂输送离开堆叠反应器装置24用于废催化剂的再生。
[0028] 在讨论图1中提供的用于催化剂再生的系统组件以前,在此处提供关于除去焦炭的催化剂再生的简述。如本领域中通常知道的,在连续或半连续催化剂再生区中,催化剂与包含氯物种的热气流接触,所述热气流在重整方法中称为再循环气体,并且再循环至再生区中,并将也包含氯物种的烟道气从该区中取出。如果再循环气流包含为累积在催化剂表面上的焦炭的0.5-1.5体积%的低氧浓度,同时它在烃转化反应区中,则氧气可通过燃烧而除去。焦炭主要包含碳,但还包括相对少量氢气,通常为焦炭的0.5-10重量%。焦炭去除机制是氧化形成一氧化碳、二氧化碳和水。废催化剂的焦炭含量可以为催化剂重量的差不多20重量%,但在一个实例中,可以为5-7重量%。在燃烧段中,焦炭通常在900-1000°F(482-
538℃)的温度下氧化,但局部区域中的温度可达到1100°F(593℃)或更大。由于这些高温以及由于高水浓度,催化剂氯化物非常容易在焦炭燃烧期间从催化剂中除去。
[0029] 继续参考图1,废催化剂颗粒以类似于关于提升导管16所述的方式上行通过提升导管36进入分离-吸着容器51的分离段42中。分离-吸着容器51为其中工艺流体接触废催化剂颗粒的两个接触段的堆叠配置。上部分离段42通过内部头38与下部吸着段50分离。截头圆锥过渡段49将分离段42与吸着段50连接。内部导管46从内部头38向下延伸,并容许废催化剂颗粒从分离段42连续或间歇式地流入吸着段50中。
[0030] 在分离段42的上部中,淘洗流体以一定速率通过导管35进入分离段42中,使得将破裂或碎裂的催化剂颗粒与整催化剂颗粒分离,其离开分离段42的底部。催化剂碎片通过导管41并在粉尘收集器43中从导管33中淘洗流体中过滤出来。导管33中的一些淘洗流体通过送风机39、导管37和导管35再循环至分离段42中。导管33中的一些淘洗流体通过导管45再循环至送风机25中。因此,在该实施方案中,可例如包含氮气的相同流体用于淘洗流体、通向阀34的调节流体和通向提升导管36的提升流体。
[0031] 在分离段42中除去催化剂碎片以后,废催化剂颗粒向下流过吸着段50。在一个实施方案中,吸着段50保持一定体积的催化剂,所述催化剂吸着存在于通过导管60从再生容器44中取出并在脱水区200中脱水的烟道气料流中的多数氯化氢和氯气,如下文中更详细描述的。在备选实施方案中,烟道气料流在脱水以后与除催化剂外的分开体积的氯物种吸附剂(图中未阐述)接触。
[0032] 吸着段50使用催化剂颗粒,包括未进入燃烧区(下文关于容器44更详细地描述)中的废催化剂颗粒,以从烟道气中除去氯物种。吸着段50可配置成用于使固体颗粒与气流接触并使组分从气流中吸着到固体颗粒上的任何熟知配置。在一个实施方案中,吸着段50可包括移动催化剂床。气体流动方向优选相对于催化剂的移动方向逆流,但气体流动方向也可以为并流、错流的,或者逆流、并流和错流的组合。催化剂床的形状可以为矩形、环形、球形或任何合适的形状。
[0033] 吸着段50在有效从烟道气料流中吸着至少一部分氯物种的吸着条件下操作。进入吸着段50中的废催化剂的氯化物含量可以为催化剂重量的差不多5重量%,例如0.1-2.0%。从吸着段50中取出的催化剂在此处称为氯化催化剂。吸着区中的温度通常为150-
900°F(66-482℃),例如300-500°F(149-260℃)。可将催化剂在进入吸着段50中以前冷却。
因而,吸着段50可装配有冷却装置以将吸着段50内的烟道气或催化剂冷却,或者可将烟道气在离开燃烧区中以后和在进入吸着段50中以前冷却。在冷却以后,烟道气的温度通常为
150-900°F(66-482℃),例如300-500°F(149-260℃)。吸着段50中的压力通常为0-500psi(0-3447kPa)绝对压力,例如15-100psi(103-689kPa)。
[0034] 导管60中的烟道气料流包含1000-5000摩尔ppm氯化氢和25-100摩尔ppm氯气。流过导管60的烟道气料流进入换热器62中。换热器62将一部分热从在导管60中离开再生容器44的烟道气料流中除去并将热传递至在导管70中返回再生器容器44中的下文所述再循环气流。在一些实施方案中,烟道气料流在700-1000°F(371-538℃)下进入换热器62中,并在
400-700°F(204-371℃)下离开换热器62。烟道气料流通过导管56a进入烟道气脱水区200中,如下文关于图2更详细地描述的。
[0035] 现在转向图2和烟道气脱水区200,如上所述,理想的是在烟道气与废催化剂颗粒或者与另一氯物种吸附剂接触以前从烟道气中除去尽可能多的水。烟道气经由管线56a进入脱水区200中,在那里它首先通过颗粒过滤器201,所述颗粒过滤器201配置用于从可通过燃烧/再生方法产生的烟道气中除去任何细(即直径小于1mm或最大尺寸为1mm)颗粒,如下文中更详细地描述的。过滤的烟道气然后经由管线202进入配置用于除去二氧芑物种的二氧芑去除组件203中。二氧芑物种为燃烧/再生过程的副产物,并且可使用粉状活性炭或者用于除去二氧芑的任何其它已知的介质或方法如氧化处理方法而从过滤的烟道气中除去。
[0036] 其后,从中基本除去了任何二氧芑化合物的烟道气经由管线204进入洗涤器205中,在那里烟道气与水料流217接触,其中烟道气的水溶性组分,例如氯物种溶于水中,形成酸水溶液(例如盐酸(HClaq))。其后,水溶液和任何未溶解的气体经由管线206进入分离器207中,在那里将未溶解的气体与酸水溶液分离并经由料流208排出。由于洗涤过程,料流
208包含例如小于0.01ppm氯物种。氯物种的酸水溶液经由料流209离开分离器207,其后
210将其一小部分(例如小于20%)作为再循环料流212输送,其通过换热器213冷却。其后,冷却的再循环料流与通过阀214的补充水料流215结合以形成用于洗涤器205中的水料流
217。
[0037] 料流209的未再循环部分作为料流211进入换热器220中,在那里将它冷却,然后进入氯物种分离器221中,所述氯物种分离器221可以以萃取蒸馏塔的形式提供。在氯物种分离器221中,酸水溶液与吸湿性液体,例如硫酸接触,其通过稀释吸湿性液体并将氯物种气体作为稀释的副产物析出而将氯物种与水溶液分离。因而,酸水溶液与吸湿性液体接触导致形成氯物种气体,例如氯化氢气体(HClg),和稀释的吸湿性液体,例如稀释的硫酸。其它合适的吸湿性液体包括氯化(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化锂(LiCl2)和氯化锌(ZnCl2)的溶液。氯物种气体作为脱水烟道气56b离开脱水区200,其后其与废催化剂颗粒(或其它氯物种吸附剂)接触,如上文最初提到和下文中更详细地描述的。
[0038] 操作氯物种分离器221的压力影响从料流221中的水和氯物种的相对回收。例如,在较低的压力下操作分离器221导致较低相对量的水保留在脱水烟道气56b中。提供下表1以阐述该影响。仅作为实例,表1显示当调整分离器221温度和吸湿性液体比率以保持恒定的HClg回收率时,基础压力降低10psi可产生22%的脱水烟道气水的降低。预期本领域技术人员能够调整分离器221的操作条件以适合特定的应用。
[0039]
[0040] 表1
[0041] 为了影响上文关于分离器221所述的操作条件,可在分离器221之前或之后提供压缩机。如图2中所示,其中分离器221中需要较高的操作压力,压缩机248a可任选沿着料流56a,或者在分离器221之前的任何其它合适位置提供。在该执行中,泵210被合适的阀替代。
作为选择,如果分离器221中需要较低的操作压力,则压缩机248b可任选沿着料流56b,或者在分离器221之后的任何其它合适位置提供。
[0042] 稀释的吸湿性液体经由料流222进入换热器223中,在那里将它在进入再生器224中以前加热。再生器可以以包括冷凝器226和再沸器230的蒸馏塔的形式提供。通过在蒸馏塔224中加热稀释的吸湿性液体,过量的水沸腾掉并作为顶部产物经由料流225离开塔,其中它通过冷凝器226。第一部分冷凝水经由料流227离开系统200,第二部分作为回流经由料流238和239返回蒸馏塔中,且第三部分经由料流238和237进入泵218中,其后它与补充水料流215再结合。浓吸湿性液体作为底部产物经由料流228离开塔,其中第一部分通过再沸器230。再沸器蒸气经由料流229返回塔224中。第二部分经由料流231继续至泵232中,其后将它在换热器233中冷却。清洗料流将吸湿性液体经由料流234从系统200中除去,且补充料流
236将其它吸湿性液体供入系统200中。吸湿性液体然后经由料流235返回分离器221中,在那里它可用于将氯物种从酸水溶液中分离,如上文所述。
[0043] 返回图1,脱水烟道气料流通过导管56b进入冷凝器54中。冷凝器54使烟道气料流的温度降至保持吸着段50中的催化剂时的温度。烟道气料流在700-1000°F(371-538℃)下进入冷凝器54中,并在300-500°F(149-260℃)下离开冷凝器54。由于烟道气通过脱水区200,在吸着区中接触催化剂(或其它氯物种吸附剂)的烟道气的水含量的降低通过降低存在并且能够与吸着在废催化剂颗粒(或其它氯物种吸附剂)上的氯物种竞争的水而促进氯物种的吸着。
[0044] 吸着段50中的吸着区53由具有相对于分离-吸着容器51同心布置的垂直延伸圆柱形段52的隔板形成。冷却过的烟道气料流56b进入分配气体的环形体积57中。分配体积57由吸着段50的壁和隔板限定,所述隔板由通过截头圆锥段59固定在吸着段50的壁上的同心圆柱体52组成。环形分配体积57的开放底部容许气体分布在分配体积57和吸着区53的整个圆周。
[0045] 在吸着区53中吸着氯气和氯化氢以后,气流离开吸着区53的催化剂床顶部。催化剂床53的顶部通常在内部导管46的下端的高度处。因此,空间47由催化剂床53的顶部、内部头38的底部、导管46的壁的外表面和过渡段49的壁的内表面限定。在该空间47内,气流脱离催化剂颗粒。气流经由导管48离开分离-吸着容器51。通过导管48的一部分气流通过导管66从方法中排出。其余未排出部分的气流进入气体送风机68中,如下文所述。通过导管48的烟道气料流中的氯化氢浓度通常为10-1000摩尔ppm,例如50-500摩尔ppm。通过导管48的烟道气料流中的氯气浓度通常为1-100摩尔ppm,例如1-10摩尔ppm。如果烟道气料流足够干且接触时间足够长,则离开吸着区53的氯化催化剂的氯化物浓度可以为催化剂重量的差不多7重量%;然而,在许多实施方案中,含量为0.8-1.2%。
[0046] 在吸着区53中吸着氯化物以后,废催化剂颗粒离开分离-吸着容器51并借助催化剂颗粒进口导管58进入再生容器44中。再生容器44具有上段83和下段90,并且形式为圆柱形的。首先看催化剂颗粒的流动,导管58将催化剂颗粒排放到由外部催化剂贮留筛76和内部催化剂颗粒贮留筛78形成的环形催化剂床79中。上段83中的催化剂颗粒体积位于通常表示为85的燃烧区中。贮留筛76和78的形式为圆柱形并且与再生容器44是同心的。贮留筛76和78以足够大的孔穿孔以容许气体通过环形催化剂床79,但不容许催化剂颗粒穿过其中。外部贮留筛76从导管58的底部向下延伸至再生容器44的楔形段82。支撑80引导外部贮留筛
76的顶部并保持它在再生容器44中心。内部贮留筛78连接在再生容器44的顶部头上并从那里向下延伸至轻微高于外部贮留筛76的下端的点。内部贮留筛78的底91为开放的以容许富氧且含氯补充气体从中心段88向上流入中心段81中,如下文所述。环形催化剂床79的底86为开放的以容许催化剂颗粒从催化剂床排空到再生容器44的中心段88中。从开口86的底部,催化剂颗粒填充再生容器44的下段90。下段90中催化剂颗粒的体积位于通常表示为89的再调节区中。再调节区89中的催化剂颗粒由催化剂颗粒静态支撑,其延伸通过下部容器段90的端盖。催化剂颗粒定期地通过导管99取出预定体积的催化剂而输送,这又容许所有催化剂颗粒向下流过先前所述区。
[0047] 当催化剂颗粒向下行进通过再生过程时,它们首先通过燃烧区85,所述燃烧区85包含先前描述的环形催化剂床79。催化剂颗粒通过从床79的出口端取出由于燃烧而贫含焦炭沉积物的催化剂颗粒并将包含焦炭沉积物的催化剂颗粒加入床79的入口端而沿着床79轴向移动。从燃烧区85中取出的催化剂在本文中称为燃烧过的催化剂。燃烧过的催化剂的焦炭含量可以为催化剂重量的0.01重量%或更少,例如0.2重量%或更少。一般而言,通向重整催化剂再生区的燃烧段的补充气体包括空气且补充空气中的多数氧气在焦炭的燃烧中被消耗。因此,烟道气通常包含70-80摩尔%氮气,10-20摩尔%碳氧化物,主要是二氧化碳和痕量一氧化碳,和0.2-2.0摩尔%氧气。然而,如果所有氧气在焦炭的燃烧中,例如多阶段燃烧区中被消耗,则氧气可能不存在于烟道气料流中。经由管线60从容器44送入脱水区200和吸着段50中的烟道气料流中的氯化氢浓度通常为500-10000摩尔ppm,例如1000-5000摩尔ppm。通向吸着段50的烟道气料流中的氯气浓度通常为10-500摩尔ppm,例如25-100摩尔ppm。通向脱水区200的烟道气料流中的水浓度通常为1-20体积%,例如2-5体积%。
[0048] 现在看再生容器44中气流的流动,通过导管74进入燃烧区85中的气体分布在环形室87中,所述环形室87围绕外部贮留筛76延伸并在其侧面由外部贮留筛76和上部容器段83的容器壁并且在其底部由楔形段82限定。内部筛78的上部77对气流而言是不透的,或者为固体,以防止来自室87的气流通过再生容器44的顶部。当烟道气通过催化剂床79时,氧气在焦炭的燃烧中被消耗。离开催化剂床79的气体收集在中心段81中。使焦炭燃烧的过程从催化剂颗粒中除去氯化物,因此,来自催化剂床79的气体不仅包含水和二氧化碳,而且包含氯物种,例如氯气和氯化氢。
[0049] 收集在再生容器44的中心段81中的气体不仅包含来自催化剂床79的气体,而且包含从中心段88向上流动的富氧且含氯补充气体。因此,收集在中心段81中的烟道气包含从燃烧区85中排出的气体,以及在燃烧区85中再循环的气体。烟道气料流离开中心段81,通过换热器62、脱水区200、冷凝器54和吸着区53。返回燃烧区85中的一部分气流通过导管64进入送风机68中。再循环气流通过导管70离开送风机68。气流在换热器62中通过从流过导管60的烟道气料流中输送的热加热,如上文所述。再循环料流然后通过导管71进入加热器72中。加热器72在启动期间将气流加热至碳燃烧温度并在正常操作期间较小程度地向再循环气流增加热。加热器72与冷却器62一起操作以调整气流的热含量。气流通过导管74并进入再生容器44的上段83中。
[0050] 气体分离系统120将富氧补充气体供入燃烧区85中。然而,首先将该富氧补充气体引入下文所述的再调节区95中,其在再生容器44的下段90中并补充气体中的多数氧气最终从那里进入燃烧区85中。导管115中的空气在干燥器117中干燥。来自干燥器117的空气通过导管116进入气体分离系统120中。分离系统120产生由导管114运送的贫氧气流和由导管112运送的富氧气流。富氧气流以通常与从导管56中排出的气体的速率相同的添加速率加入再生容器44中。来自导管112的富氧气流进入送风机110中。送风机110将富氧气流排到干燥器102中,所述干燥器102降低富氧气流的含湿量。干富氧气流通过导管103进入加热器98中,所述加热器98将富氧气流的温度提高至1000°F(538℃)。热的干富氧气流通过导管96取出并与来自导管92的氯料流混合,这赋予混合料流的含量0.11摩尔%的氯气浓度。氯气和热的干燥富氧气体的混合料流进入再调节区89中。尽管在该配置中,从加热器98中排出的干富氧气流都通过导管96输送至再调节区89中,其它再生器配置可将来自导管96的热的干富氧气流在干燥区和再分散区之间分流。
[0051] 燃烧区85以下的催化剂与通过导管96进入再调节区89中的氯气和热的干富氧气体的混合料流接触。此处,催化剂与含氯气体接触以使伯再分散在催化剂的表面上。暴露于燃烧区用于使铂聚集在催化剂的表面上。当焦炭被除去且催化剂颗粒为各种氧化态时,氯气环境中催化剂的接触使铂再分散于催化剂载体的表面上。再分散区内的温度可为950-1000℃,且再调节区中气体的0.01-0.2摩尔%氯气非常有利于促进铂金属的快速且完全再分散。再分散步骤在氯气和氧气气氛的存在下进行。在进行再分散步骤中,通常使用氧气气氛且是想要的。氧气的存在帮助金属催化剂组分再分散于载体上。再调节段的环境中的较低水浓度也通过保持再调节区中的高氯气浓度而促进再分散。再调节段中的氯气浓度由迪肯(Deacon)平衡方程支配:
[0052] HCl+O2←→H2O+Cl2
[0053] 因此,至进入再调节段的催化剂具有较低水浓度的程度,它有利于向方程的右边移动,由此产生更多的用于再分散步骤的氯气。关于铂再分散的更多细节可在共同受让人的美国专利5,087,792中找到,通过引用将其内容结合到本文中。
[0054] 因而,在本公开内容的另一实施方案中,作为选择或者除如上所述接触废催化剂外,可将来自料流56b的一些或所有脱水烟道气改向以与(或接近)氧气/氯料流96/92结合以用于再调节区95中的再分散步骤中。该任选料流在图1中显示为料流56c。如上所述脱水的烟道气料流、其在再分散步骤中的用途有利于上述迪肯平衡,并且另外导致需要较少的气体在料流96/92中供入系统中,因此降低总操作成本(能量和材料)。
[0055] 多数进入气体,包括多数氧气以及一些氯气和由氯气产生的一些氯化氢到达再调节区89的上部并进入再生容器44的中心部分88中。中心部分88由下段90的圆柱形壁形成。通过中心部分88的气体向上通过内部贮留筛78的底部开口91并进入中心段81中。尽管在该配置中,到达再调节区89的顶部的所有富氧且含氯气体输送至中心部分88中,其它再生器配置可将富氧气体在中心部分88与气体收集体积之间分流,所述气体收集体积收集一部分富氧气体并将它从再生容器44中排出。
[0056] 中心部分88底部的催化剂流入再生容器44的再调节区89中。再调节区89由具有相对于再生容器44同心布置的垂直延伸圆柱形段95的隔板形成。先前所述的热的干含氯、富氧气体经由导管96进入分布气体的环形体积97中。分配体积97由下部容器段90和隔板限定,所述隔板由通过截头圆锥段84固定在下部容器段90上的同心圆柱体94组成。分配体积97的开放底部容许气体分布在环形分配体积97和再调节区89的整个圆周。再调节区89内的催化剂持续时间主要由圆柱形段95的长度支配。
[0057] 在再生容器44中除去焦炭并再调节催化剂颗粒以后,催化剂颗粒为再生情况,其中将催化剂金属氧化并再分散,且其中将催化剂颗粒干燥。应当进一步指出,在铂再分散于催化剂上以后,必须将来自再分散区的催化剂还原以通过还原将催化剂上的铂变成元素状态。因此,在多数方法中,使催化剂在用于催化目的以前与富氢还原气体接触。用相对纯氢气还原气体将高度氧化的催化剂还原会恢复铂金属的基本所有催化活性。富氢还原气体通常具有85摩尔%的氢气浓度。氢气在900℃的温度下接触催化剂。尽管氧化催化剂的还原是多数脱氢操作中的必要步骤,该步骤通常恰在反应区之前或反应区内进行,且通常不认为是用于再生方法的设备的一部分(因而在图1中未显示)。
[0058] 导管99将再生催化剂转移至氮气密封罐101和斗装置108中。导管(未显示)可提供用于将其它催化剂经由导管99引入催化剂输送系统中的位置。密封罐101和锁斗装置108控制再生催化剂颗粒经由先前所述的非机械阀12和提升导管16转移回到堆叠反应器装置24中。氮气密封罐101和锁斗装置108还从部分再生催化剂颗粒料流中置换氧气以防止任何氧气被携带到方法的反应器侧中。密封罐和锁斗装置是本领域技术人员熟知的,并且可以以其熟知形式中的任一种使用以将催化剂流供入下部导管10中,开始描述示例方法时催化剂流过系统100的点。
具体实施方案
[0059] 尽管连同具体实施方案描述了下文,应当理解该描述意欲阐述且不限制前述说明和所附权利要求书的范围。
[0060] 本发明第一实施方案为从催化烃转化方法中的含氯物种水溶液中分离含氯物种的方法,所述方法包括步骤:将废含氯化物烃转化催化剂氧化,所述废烃转化催化剂包含在其上形成的烃残余物,其中氧化形成包含含氯物种、水和碳氧化物的烟道气;使烟道气与水洗涤料流接触以将至少一部分含氯物种溶于水洗涤料流中以形成酸水溶液;使酸水溶液与吸湿性液体接触以产生脱水氯化氢气体;和使脱水氯化氢气体与另外废含氯化物烃转化催化剂以使氯吸着在另外废含氯化物烃转化催化剂上。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中将废含氯化物烃转化催化剂氧化包括在氧气(O2)的存在下燃烧。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中将废含氯化物催化剂氧化进一步包括形成再生的含氯化物催化剂。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其进一步包括使再生的含氯化物催化剂与选自重整、脱氢、异构化、烷基化和烷基交换的方法中的烃进料流接触。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其进一步包括将未溶解的气体与酸水溶液分离。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中形成包含含氯物种的烟道气包括形成包含氯化氢的烟道气。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中与吸湿性液体接触包括与选自氯化钙(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化锂(LiCl2)和氯化锌(ZnCl2)溶液的吸湿性液体接触。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中与吸湿性液体接触进一步包括形成稀释的吸湿性液体。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其进一步包括使稀释的吸湿性液体再生。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其进一步包括将另外废含氯化物烃转化催化剂氧化以产生其它烟道气。
[0061] 本发明第二实施方案为将含氯物种与含氯物种水溶液分离的方法,所述方法包括步骤:将包含氯化氧化铝上载铂/锡的废含氯化物烃转化催化剂氧化,所述废烃转化催化剂包含在其上形成的烃残余物,其中氧化形成包含含氯物种、水和碳氧化物的烟道气;使烟道气与水洗涤料流接触以将至少一部分含氯物种溶于水洗涤料流中以形成酸水溶液;使酸水溶液与吸湿性液体接触以产生脱水氯化氢气体;和使脱水氯化氢气体与氧化的含氯化物烃转化催化剂接触以使氯吸着在氧化的含氯化物烃转化催化剂上。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中氧化包括使烃残余物在氧气(O2)的存在下燃烧。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中氧化包括形成再生的含氯化物催化剂。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其进一步包括使再生的含氯化物催化剂与烃进料流接触。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其进一步包括将未溶解的气体与酸水溶液分离。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中含氯物种包含氯化氢。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其中吸湿性液体选自氯化钙(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化锂(LiCl2)和氯化锌(ZnCl2)的溶液。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其进一步包括形成稀释的吸湿性液体。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有,其进一步包括使脱水氯化氢气体与另外废含氯化物烃转化催化剂接触。
[0062] 本发明第三实施方案为用于从催化烃转化方法中的含氯物种水溶液中分离含氯物种的系统,其包含:燃烧区,其将废含氯化物烃转化催化剂氧化,所述废烃转化催化剂包含在其上形成的烃残余物,并形成包含含氯物种、水和碳氧化物的烟道气;洗涤装置,其使烟道气与水洗涤料流接触以将至少一部分含氯物种溶于水洗涤料流中以形成酸水溶液;萃取蒸馏装置,其使酸水溶液与吸湿性液体接触以产生氯化氢气体;和吸着区,其使氯化氢气体与另外废含氯化物烃转化催化剂或者与氧化的含氯化物烃转化催化剂接触以使氯吸着在另外废或氧化的含氯化物烃转化催化剂上。
[0063] 尽管在先前详细说明中提出了至少一个示例实施方案,但应当理解存在大量变化方案。还应当理解一个或多个示例实施方案仅为实例,且不意欲以任何方式限制本发明的范围、应用或构型。而是,先前详细说明提供给本领域技术人员执行一个或多个实施方案的方便路线图,应当理解可不偏离如所附权利要求书中所述范围而做出示例实施方案中所述元件的功能和配置的各种改变。
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