在催化剂再生器和外部催化剂冷却器之间循环催化剂的方法

摘要

本发明涉及通过在再生区内最小化形成局部“热点”和“冷点”，有效地再生催化剂颗粒的方法。具体地，本发明涉及在含氧物转化成烯烃的系统中控制再生器温度的方法，该方法包括下述步骤：在有效地转化所述含氧物成含轻质烯烃的产物和形成焦化催化剂的条件下，在反应器内，接触包括含氧物的原料与催化有效量的含分子筛的催化剂；在有效地使焦化的催化剂至少部分再生的条件下，在具有催化剂床高度(H

说明书

发明领域

本发明涉及再生催化剂。更特别地，本发明涉及在再生工艺过程中控制催化剂的温度。

发明背景

轻质或主要烯烃(此处定义为乙烯和丙烯)充当生产许多化学品的原料。常规地通过石油裂化生产烯烃。由于供应有限和/或石油资源成本高，因此由石油资源生产烯烃的成本稳定地增加。

生产轻质烯烃的替代原料是含氧物例如醇，尤其甲醇，二甲醚，和乙醇。可通过发酵，或者由衍生于天然气、石油液体、含碳材料，其中包括煤、循环塑料、城市废物或任何有机物质的合成气来生产醇类。由于来源宽泛，因此醇、醇衍生物和其他含氧物具有前景作为用于烯烃生产的经济、非石油资源。

促进含氧物转化成烯烃所使用的催化剂是分子筛催化剂。由于乙烯和丙烯是这一反应产物之后最多寻求的物质，因此研究集中在哪种催化剂对乙烯和/或丙烯的选择性最高，以及增加催化剂的寿命和对乙烯和/或丙烯选择率的方法上。

在烃转化装置内，含氧物转化成烯烃(OTO)，尤其甲醇转化成烯烃(MTO)产生并沉积含碳物质(焦炭)在催化转化工艺所使用的分子筛催化剂上。这些含碳沉积物的过度累积将干扰催化剂促进反应的能力。为了避免焦炭在分子筛催化剂上不想要的累积，OTO和MTO工艺掺入含催化剂再生的第二步。在再生过程中，通过用氧气，燃烧，将焦炭至少部分从催化剂上除去，从而恢复催化剂的催化活性并形成再生催化剂。再生的催化剂然后可再利用于催化甲醇转化成烯烃。

在催化剂再生过程中，来自分子筛催化剂组合物上的含碳沉积物的燃烧是放热过程。催化剂再生的放热性质在OTO再生系统中提出了问题，因为在OTO反应系统中所使用的分子筛催化剂组合物上形成的焦炭量优选维持在较高水平，以便维持高的主要烯烃(乙烯和丙烯)选择率。结果，在催化剂再生过程中，从OTO分子筛催化剂组合物中释放的热量非常大。

在再生严重焦化催化剂颗粒例如焦化的OTO催化剂颗粒过程中释放的巨大热量可超过形成催化剂再生器所使用的金属，尤其分离容器例如在其内包含的旋分分离器以及传输再生催化剂返回到烃转化装置中所使用的导管的金属耐受度。在催化剂再生器内产生局部的“热点”也具有显著的问题，因为在整个再生区当中催化剂没有均匀地再生。热量也可损害催化剂颗粒本身和/或使之失活。

2005年3月2日提交的美国序列号No.11/070607公开了一种再生系统和再生催化剂的方法。该发明涉及通过在再生区内最小化局部“热点”和“冷点”形成，有效地再生催化剂颗粒。该文献公开了发明包括混合来自反应器的废催化剂和来自催化剂冷却器的冷催化剂，并将该混合催化剂以流化方式与流化介质一起导引到再生区中。在再生区内，混合催化剂在有效地再生在其内包含的废催化剂的条件下，接触含氧再生介质。

美国专利申请公布No.2006/0149108公开了将含氧物转化成烯烃的方法，其中催化剂冷却器与反应器相连，以冷却废催化剂，之后将其再引入到新鲜含氧物原料物流中。该公布专利公开了从催化剂冷却器底部引出进入催化剂冷却器的所有废催化剂。该公布专利还公开了具有多个冷却管道的催化剂冷却器，流化气体分配器和在催化剂出口上方的催化剂入口，该出口位于催化剂冷却器的底部。

还希望降低在这此OTO体系内催化剂的累积。这将导致在该体系内所要求的昂贵催化剂的总量下降以及在再生器内催化剂暴露于失活条件下的时间减少。

寻求再生高度焦化催化剂颗粒例如由OTO反应系统得到的焦化催化剂颗粒的改进方法，同时通过催化剂的改进混合和在再生器与催化剂冷却器之间的较高的催化剂循环速度，在OTO催化剂再生器内维持所需的温度特征，尤其希望例如通过降低在体系内累积的催化剂量，从而降低/最小化在OTO反应系统内的催化剂用量。

附图简述

通过参考本发明的详细说明，并结合附图，将更好地理解本发明，其中：

图1阐述了在甲醇转化成烯烃的再生器系统内，已有的再生器和催化剂冷却器结构和在再生器与外部催化剂冷却器之间的循环流程的侧视图。

图2阐述了在甲醇转化成烯烃的再生器系统内，在再生器和外部催化剂冷却器之间的循环流程的实施方案。

图3阐述了在甲醇转化成烯烃的再生器系统内，在再生器和外部催化剂冷却器之间的循环流程的实施方案的侧视图，其中冷却的催化剂在比图2的实施方案高的高度处，返回到再生器内。

图4阐述了本发明的再生器系统设计实施方案的透视图。

图5a-5e阐述了本发明的再生器系统设计的不同实施方案的截面视图；图5a大致相当于图4的透视图所示的布局。在这些附图中，白色形状表示催化剂入口，黑色形状表示催化剂冷却器出口，和灰色或图案填充的形状表示与催化剂冷却器不相关的惰性物循环的入口和出口。另外，在这些图中，圆形几何形状表示流出纸平面，和矩形几何形状表示沿着较长的平行侧面方向，在纸平面内的流动。

发明概述

本发明的一个方面涉及MTO再生器系统，所述MTO再生器系统具有(1)含有MTO催化剂和含氧再生介质床的再生器容器，该容器具有催化剂循环速度和再生器效率，该床具有顶部和底部，(2)含催化剂冷却器介质的催化剂冷却器，(3)从再生器容器传导MTO催化剂到催化剂冷却器的第一导管设备，和(4)从催化剂冷却器传导冷却的MTO催化剂到再生器容器的第二导管设备；其中第一导管设备包括在从催化剂床底部起高度H₁处位于催化剂床内的收集区，和其中第二传导设备传导冷却的MTO催化剂到位于催化剂床底部上方高度H₂处的入口；其改进包括用第三导管设备取代第一导管设备，所述第三导管设备包括位于催化剂床底部起高度H₃处的再生器容器出口；和用第四导管设备取代第二导管设备，所述第四导管设备包括位于比H₁、H₂和H₃高的高度H₄处的再生器容器的入口；以便增加催化剂的循环速度，和在催化剂床内混合催化剂，增加总的再生器效率。

本发明的另一方面涉及含氧物转化成烯烃的系统内，控制再生器温度的方法，该方法包括下述步骤：(1)在有效地转化所述含氧物成含轻质烯烃的产物的条件下，在反应器内，接触在反应器的反应区内包括含氧物的原料与催化有效量的含分子筛的催化剂，和形成焦化催化剂；(2)将至少部分焦化的催化剂的一部分从反应区传导到具有催化剂床、催化剂冷却器、催化剂冷却器入口、催化剂冷却器出口、催化剂床高度(H_c)、催化剂冷却器入口高度(H_i)和催化剂冷却器出口高度(H_o)的再生器中；(3)在有效地使至少部分焦化的催化剂至少部分再生的条件下，在第一温度下，接触在再生器的再生区内的一部分焦化催化剂与含氧的再生介质；和(4)将一部分催化剂从再生器经催化剂冷却器入口传导到催化剂冷却器中，形成冷却的催化剂部分，其然后经催化剂冷却器出口传导返回到再生器内，以控制再生器的温度，其中H_o大于H_i。

本发明的另一方面涉及在含氧物转化成烯烃的系统内，控制再生器温度的方法，该方法包括下述步骤：(a)在反应区内，在足以转化所述含氧物成含轻质烯烃的产物的条件下，接触包括含氧物的原料与催化有效量的含分子筛的催化剂，于是形成至少部分焦化的催化剂；(b)将至少部分焦化的催化剂的一部分从反应区传导到具有再生器高度(H_r)、催化剂床、催化剂床高度(H_c)、至少两个催化剂冷却器入口和至少两个催化剂冷却器出口的再生器内；(c)在第一温度下，在有效地使至少部分焦化的催化剂至少部分再生的条件下，接触在再生器内的至少部分焦化的催化剂的一部分与含氧再生介质；和(d)将一部分催化剂从再生器经至少两个催化剂冷却器入口中的一个或更多个传导到催化剂冷却器中，形成催化剂的冷却部分，然后将其经至少两个催化剂冷却器出口中的一个或更多个传导返回到再生器内，控制再生器的温度，其中：(i)每一入口和出口具有中心；(ii)至少两个出口中心和至少两个冷却器入口中心中的两个或更多个确定直线；(iii)至少两个冷却器入口中心中的两个或更多个和再生器高度形成一个或更多个入口平面；(iv)至少两个冷却器出口中心中的两个或更多个和再生器高度确定一个或更多个出口平面；和(v)一个或更多个入口平面中的至少一个和一个或更多个出口平面中的至少一个基本上不共平面。在本发明这一方面的一个实施方案中，至少两个冷却器入口可在共同(common)的入口高度(H_i)处沿着再生器高度位于第一位置，至少两个冷却器出口可在共同的出口高度(H_o)处沿着再生器高度位于第二位置处，和至少两个第一位置可在至少两个第二位置之上，以便H_i大于H_o。在本发明这一方面的另一实施方案中，至少两个冷却器入口可在共同的入口高度(H_i)处沿着再生器高度位于第一位置处，至少两个冷却器出口可在共同的出口高度(H_o)处沿着再生器高度位于第二位置处，和至少两个第一位置可在至少两个第二位置下方，以便H_o大于H_i。

本发明的再一方面涉及在含氧物转化成烯烃的系统内，控制再生器温度的方法，该方法包括下述步骤：(a)在反应区内，在足以转化所述含氧物成含轻质烯烃的产物的条件下，接触包括含氧物的原料与催化有效量的含分子筛的催化剂，于是形成至少部分焦化的催化剂；(b)将至少部分焦化的催化剂的一部分从反应区传导到具有再生器高度(H_r)、催化剂床、催化剂床高度(H_c)、一个催化剂冷却器入口、一个催化剂冷却器出口、至少一个循环入口和至少一个循环出口的再生器内；(c)在第一温度下，在有效地使至少部分焦化的催化剂至少部分再生的条件下，接触在再生器内的至少部分焦化的催化剂的一部分与含氧再生介质；(d)将一部分催化剂从再生器经催化剂冷却器入口传导到催化剂冷却器中，形成催化剂的冷却部分，然后将其经催化剂冷却器出口传导返回到再生器内，控制再生器的温度；和(e)将至少一部分催化剂从再生器经至少一个循环入口传导，然后传导不经过催化剂冷却器，但经过至少一个循环出口返回到再生器内。

此处公开的每一高度(例如，H₁、H₂、H₃、H₄、H_c、H_o、H_i和H_r)应当理解为在再生器催化剂床的底部处从共同的基准处测量。

实施方案的详细说明

在一个实施方案中，本发明涉及优选在OTO反应工艺中，控制催化剂的再生温度。具体地，本发明涉及含再生器和催化剂冷却器的再生系统。

已发现，在再生器和催化剂冷却器之间实现高的催化剂循环速度，导致低的催化剂ΔT会得到改进的OTO反应工艺，正如此处更加详细地描述的。催化剂的ΔT定义为在催化剂冷却器入口处的温度减去催化剂冷却器出口处的温度。冷却的催化剂总体良好的混合和最小化冷点和热点也可导致改进的工艺。

还发现，循环催化剂的方法可大大地影响可循环催化剂时的速度以及影响催化剂的再生效率和潜在的催化剂失活。本发明公开了在MTO再生器及其外部催化剂冷却器之间循环催化剂的优选方法。

另外，已发现，通过在再生器内最小化局部“热点”和“冷点”的形成，有效地再生催化剂颗粒也导致改进的工艺，正如此处所述。当冷却的催化剂返回到再生器中可通过彻底混合冷却的催化剂，以维持均匀的再生器温度并保持高的燃烧效率时，实现这一最小化。

含氧物转化成烯烃的反应系统

在一个实施方案中，本发明涉及优选在OTO反应工艺中，控制催化剂再生的温度。在OTO反应工艺中的第一步牵涉在反应区内，在有效地转化所述含氧物成含轻质烯烃的产物的条件下，接触在反应器的反应区内包括含氧物的原料与含分子筛的催化剂，和形成焦化催化剂。在常规的再生容器中，焦化的催化剂从反应器导引到催化剂再生器中。在催化剂再生器中，再生介质，通常氧气可进入到再生器内，和可从焦化的催化剂上例如通过用再生介质燃烧，除去焦炭，形成再生的催化剂和气态副产物。然后来自再生器的再生催化剂本体可有利地返回到反应器中。气态副产物典型地被强制流出在催化剂再生器的上部内取向的废气出口。

现更加详细地描述OTO反应系统。此处所使用的“反应系统”是指含反应器、催化剂冷却器、任选地催化剂再生器和任选地催化剂汽提器的系统。该反应器包括反应单元，所述反应单元包括反应区，和任选地分离单元，所述分离单元包括分离区。

催化OTO反应系统使用催化有效量的分子筛催化剂组合物，所述分子筛催化剂组合物具有将含有含氧物的原料转化成轻质烯烃的催化活性。在一个实施方案中，分子筛催化剂组合物包括硅、铝和磷的一种或更多种无机氧化物。在一个实施方案中，在OTO工艺中使用硅铝磷酸盐(SAPO)分子筛催化剂，因为它们兼有(i)烯烃生产活性和(ii)形成乙烯和丙烯的选择率。尽管通常优选含SAPO分子筛的催化剂，但可使用具有将含氧物转化成烯烃的催化活性的任何可流化的催化剂。合适的SAPO分子筛催化剂组合物包括例如，SAPO-17、SAPO-18、SAPO-34、SAPO-35、SAPO-44，其取代形式，及其混合物。分子筛催化剂组合物可含有选自下述中的分子筛：SAPO-5、SAPO-8、SAPO-11、SAPO-16、SAPO-17、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-31、SAPO-34、SAPO-35、SAPO-36、SAPO-37、SAPO-40、SAPO-41、SAPO-42、SAPO-44、SAPO-47、SAPO-56、AEI/CHA共生体，它们含金属的形式，它们的共生形式，及其混合物。另外或替代地，分子筛包括铝磷酸盐(ALPO)分子筛。优选的ALPO分子筛可包括，但不限于，ALPO-5、ALPO-11、ALPO-18、ALPO-31、ALPO-34、ALPO-36、ALPO-37、ALPO-46、AEI/CHA共生体，及其混合物，和它们含金属的形式。该催化剂也可含有一种或更多种沸石例如ZSM-34、ZSM-5，其含金属的形式，其共生形式，AEI/CHA沸石共生体，及其混合物。

在本发明方法的优选实施方案中，原料含有含至少一个氧原子的一种或更多种有机化合物。在一个实施方案中，在OTO反应系统中所使用的含有含氧物的原料可含有一种或更多种含脂族的化合物例如醇，胺，羰基化合物(例如，醛，酮，和羧酸)，醚，卤化物，硫醇，硫化物，和类似物。含脂族的化合物中的脂族部分典型地含有1-约50个碳原子，优选1-20个碳原子，更优选1-10个碳原子，和甚至更优选1-4个碳原子。优选的原料含有甲醇。

含脂族的化合物的合适实例尤其包括例如，醇例如甲醇和乙醇，烷基硫醇例如甲硫醇和乙硫醇，烷基硫醚例如甲硫醚，烷基胺例如甲胺，烷基醚例如DME，二乙醚和甲乙醚，卤代烷基例如甲基氯和乙基氯，烷基酮例如二甲酮，烷基醛例如甲醛和乙醛，和各种酸例如乙酸。

以上所述的各种原料可主要转化成一种或更多种烯烃。由该原料产生的所需烯烃典型地具有2-30个碳原子，优选2-8个碳原子，更优选2-6个碳原子，仍更优选2-4个碳原子，和最优选包括乙烯和/或丙烯。

烯烃单体的非限定性实例包括，但不限于，乙烯、丙烯、丁烯-1、戊烯-1、4-甲基-戊烯-1、己烯-1、辛烯-1、癸烯-1及其混合物，优选乙烯、丙烯、丁烯-1、戊烯-1、4-甲基-戊烯-1、己烯-1、辛烯-1及其异构体和混合物。其他烯烃单体可包括，但不限于，不饱和单体，具有4-18个碳原子的二烯烃，共轭或非共轭二烯烃，多烯烃，乙烯基单体，环烯烃例如马来酸酐及其混合物。

在优选的实施方案中，理想地含甲醇的原料可在分子筛催化剂组合物存在下转化成具有2-6个碳原子，优选2-4个碳原子的一种或更多种烯烃。最优选，一种或更多种烯烃单独或结合可由含有含氧物的原料，优选醇，最优选含甲醇的原料转化成优选的烯烃乙烯和/或丙烯。

在一个实施方案中，独立地或与蒸气原料结合喂入到反应器系统内的液体原料的用量范围基于原料，其中包括在其内包含的任何稀释剂的总重量，可以是0.1wt％-约85wt％，优选约1wt％-约75wt％，更优选约5wt％-约65wt％。液体与蒸气原料优选具有相同的组成，或者含有变化比例的相同或不同原料与相同或不同的稀释剂。

在一个实施方案中，原料含有典型地降低原料浓度所使用的一种或更多种稀释剂。稀释剂通常对原料或分子筛催化剂组合物不具有反应性。稀释剂的一些实例包括，但不限于，氦气、氩气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、水、基本上不具有反应性的烷属烃(特别是烷烃例如甲烷、乙烷和丙烷)，基本上不具有反应性的芳烃化合物，及其混合物。特别优选的试剂包括水和氮气，其中尤其优选水。在其他实施方案中，原料可以不含有任何稀释剂。

可使用液体或蒸气形式的稀释剂，或者其结合。稀释剂可直接加入到进入反应器内的原料中或者直接加入到反应器内，或者可与分子筛催化剂组合物一起添加。在一个实施方案中，原料内稀释剂的用量范围基于原料和稀释剂的总摩尔数，可以是约1mol％-约99mol％，优选约1mol％-约80mol％，更优选约5mol％-约50mol％，最优选约5mol％-约25mol％。在一个实施方案中，可将其他烃或者直接或者间接加入到原料中，且可包括，但可不必限于烯烃，烷属烃，芳烃(参见例如美国专利No.4677242，添加芳烃)或其混合物，优选丙烯、丁烯、戊烯、具有大于或等于4个碳原子的其他烃，或其混合物。

在一个实施方案中，OTO工艺可以是固定床工艺，流化床工艺(比例湍流床工艺)，优选连续流化床工艺，和更优选连续、相对高速度的流化床工艺。

可在各种催化反应器例如具有一起连接的致密床或固定床反应区和/或快速流化床反应区的杂化反应器，循环流化床反应器，提升管反应器，和类似物内发生反应。例如在美国专利No.4,076,796、美国专利No.6,287,522(双提升管)和Fluidization Engineering，D.Kunii和O.Levenspiel，Robert E.Krieger Publishing Company，纽约，纽约1977中公开了合适的常规反应器类型，所有这些在此通过参考全文引入。

合适的提升管反应器通常公开于Riser Reactor，Fluidization and Fluid-Particle Systems，第48-59页，F.A.Zenz和D.F.Othmer，Reinhold Publishing Corporation，纽约，1960；美国专利No.6,166,282(快速流化床反应器)；和2000年5月4日提交的美国专利申请序列号No.09/564,613(多个提升管反应器)中，所有这些在此通过参考全文引入。

在转化工艺中，具体地在反应器体系的反应区内所使用的转化温度范围可以是约392°F(200℃)-约1832°F(1000℃)，优选约482°F(250℃)-约1472°F(800℃)，更优选约482°F(250℃)-约1382°F(750℃)，仍更优选约572°F(300℃)-约1202°F(650℃)，仍更优选约662°F(350℃)-约1112°F(600℃)，或约662°F(350℃)-约1022°F(550℃)。

转化工艺，具体地在反应器体系内的不同部分中所使用的压力可在宽范围内变化，其中包括自生压力。转化压力以原料分压(不包括在其内的任何稀释剂)为基础。典型地，在该工艺中所使用的转化压力范围可以是约0.1kPaa-约5Mpaa，优选约5kPaa-约1Mpaa，和更优选约20kPaa-约500kPaa。

在反应器体系内包括稀释剂和反应产物在内的原料的表面气体速度(SGV)优选足以在反应器的反应区内流化分子筛催化剂组合物。在该工艺中，尤其在反应器体系，更尤其在提升管反应器内的SGV可以是至少0.1m/s，优选大于0.5m/s，更优选大于1m/s，甚至更优选大于2m/s，仍更优选大于3m/s，和甚至大于4m/s。参见例如，2000年11月8日提交的美国序列号No.09/708753，在此通过参考全文引入。

以下更详细地描述本发明控制催化剂再生器内温度的工艺和体系。

在催化剂再生过程中控制温度的方法

在烃催化转化成各种产物例如催化转化含氧物成轻质烯烃的过程中(OTO工艺)，含碳沉积物在催化剂上累积。在一些点处，这些含碳沉积物的累积可引起有效地起作用的催化剂容量下降，从而产生废催化剂或部分废的催化剂。对于本发明说明书和所附权利要求的目的来说，术语“废催化剂”是指因累积含碳沉积物，至少部分失活(通常到其中废催化剂的活性至少为新鲜或再生催化剂活性的小于或等于50％时的点)的催化剂组合物。例如，在OTO工艺中，过量的废催化剂不那么有效地转化含氧物原料成轻质烯烃。当催化剂不可能再将烃转化成所需产物时，催化剂被视为完全报废。

由于再生废催化剂形成再生催化剂的方法典型地为放热过程，因此，在再生区内包含的催化剂的温度典型地增加，从而潜在地超过催化剂热分解时的点，于是引起催化剂失活。因此，可希望控制再生系统内的催化剂温度。这可例如通过维持温度相对低(例如近可能低)，以供充足的焦炭燃烧(约1300°F或约700℃)，但高于水的临界点温度(约700°F或约370℃)来实现。也可例如通过最小化形成“热点”和“冷点”，希望在再生系统内控制温度尽可能均匀。这可通过在体系的各部分当中相对高的循环速度和再生介质的彻底混合来实现。此处所使用的术语“热点”是指其中局部温度足够热到损害再生器本身(例如，可基于一些平均或正常再生器温度范围而设计的再生器容器或容器和相关设备)的任何区域。此处所使用的术语“冷点”是指其中局部温度足够低于本体的平均温度的任何区域，这可通过再生介质引起焦炭或其他烃仅仅部分燃烧，所述部分燃烧因此可产生过量的碳氧化物例如CO，所述碳氧化物然后可例如在再生器的废气体系内经历更加完全的燃烧，从而也导致设备损坏。

具体地，可通过调节进入再生系统内的催化剂温度例如通过使用一个或更多个催化剂冷却器，控制再生系统温度。当使用催化剂冷却器时，在再生器和催化剂冷却器之间相对高的催化剂循环速度可有利于维持约527℃-约760℃的再生器温度。另外，在再生器内相对彻底混合催化剂内的热和冷部分也可是有利的例如防止非所需的局部催化剂水热失活。实现它的一种方式是通过循环催化剂且没有行进通过催化剂冷却器。在一个实施方案中，可串接使用一个或更多个催化剂冷却器和一个或更多个(相对温度中性的)循环回路，以实现提高的温度控制。

本发明的催化剂再生系统和方法尤其非常适合于再生由OTO反应系统得到的重度焦化催化剂颗粒，和更具体地，可便于再生重度焦化催化剂颗粒，同时控制再生工艺的温度。

在一个实施方案中，催化剂再生工艺可包括下述步骤：在第一温度下，和/或在其他情况下，在有效地至少部分再生废催化剂的条件下，接触在再生器内的一部分废催化剂(再生器具有催化剂床高度(H_c)、催化剂冷却器入口高度(H_i)和催化剂冷却器出口高度(H_o))与含氧再生介质，至少部分再生废催化剂，和将一部分催化剂从再生器传导到催化剂冷却器中，形成催化剂的冷却部分。这一方法可任选地导致此处进一步描述的许多优点。

可用于本发明的催化剂再生工艺可包括从焦化的催化剂组合物上有效地除去至少一部分含碳沉积物，形成相对于焦化的催化剂组合物，具有增加的催化活性的再生催化剂组合物的任何工艺。该催化剂可以在任何数量的常规方法例如间歇、连续、半连续或其结合中再生。连续催化剂再生是优选的方法。在一个实施方案中，可再生催化剂，以便在催化剂上残留的焦炭水平可以是约0.01wt％-约15wt％。在另一实施方案中，残留在催化剂组合物上的焦炭水平基于再生的催化剂组合物的总重量，可以是约0.01-约5wt％。在这一特别的实施方案中，基于或者仅仅分子筛或者配制的催化剂组合物的重量，优选待再生的催化剂具有至少约6wt％的焦炭水平，优选约6wt％-约13wt％例如约6.5wt％-约10wt％。或者，特别地，但不限于当在除了OTO/MTO转化以外的工艺中使用的情形下，基于或者仅仅分子筛或者配制的催化剂组合物的重量，待再生的催化剂可具有至少约2wt％的焦炭水平，优选约2wt％-约30wt％。

本发明的催化剂再生器可包括再生区和分离区。在再生区中，废催化剂可在有效地至少部分再生废催化剂的条件下(例如，在温度和压力下)，接触优选湍流致密床或相形式的再生介质。具体地，这些条件优选有效地转化废催化剂和再生介质成再生的催化剂和再生工艺的气态副产物。再生的催化剂可充分或部分再生。气态副产物任选地与夹带的催化剂和/或未反应的再生介质一起可离开致密相且可形成稀释相，所述稀释相可在致密相的表面延伸到分离区的顶部。分离区可适于分离夹带的催化剂与稀释相内的气态组分，并将夹带的催化剂返回到再生区中。

大多数的催化剂再生可有利地在再生区内发生，其温度可优选维持在约527℃-约760℃，和在相关的实施方案中，约600℃-约732℃。由于在反应区内，再生反应典型地在显著高于OTO转化反应的温度例如为约93℃-约150℃或更高下发生，因此常常可希望在其输送返回到反应器内之前，冷却至少一部分再生的催化剂到较低温度。在从催化剂再生器中引出再生的催化剂之后，可使用位于催化剂再生器外部、内部或二者上的一个或更多个催化剂冷却器，从再生的催化剂中除去热量。

在实施本发明中的催化剂冷却器的特定类型可宽泛地变化，且不可能是关键的，条件是可实现催化剂的充分冷却。在一个实施方案中，催化剂冷却器包括壳管型换热装置或带夹套的管道换热装置。包括在壳管型换热装置内的是卡口式(bayonet)管道(管道内部的管道(tube-inside-tube))换热器和U形管换热器。

理想地，可在汽提塔或汽提腔室内，在废催化剂被汽提掉大多数可容易除去的有机物质(有机物)例如填隙烃之后，进行催化剂再生。可通过在升高的温度下，使汽提介质例如汽提气体在废催化剂上流过，来实现这一汽提。适合于汽提的气体包括蒸汽、氮气、氦气、氩气、甲烷、CO₂、CO、氢气及其混合物。优选的气体是蒸汽。基于气体体积与催化剂和焦炭的体积之比，汽提气体的气体时空速度(GHSV)为约0.1h^-1至约20,000h^-1。汽提可接受的温度是约250℃-约750℃，和所需地为约400℃-约600℃。可接受的汽提压力是约5psig(约34kPag)-约50psig(约340kPag)，更优选约10psig(约69kPag)-约30psig(约210kPag)，和最优选约20psig(约140kPag)-约25psig(约170kPag)。汽提压力主要取决于反应器(例如反应区)和催化剂再生器内的压力

再生器系统可包括一个或更多个催化剂入口以供接收来自反应器或反应单元的废催化剂。再生器系统也可包括一个或更多个催化剂冷却器入口以供从再生器传导至少部分再生的催化剂到催化剂冷却器中。在一个实施方案中，可例如以与冷催化剂的混合物一起将废催化剂在催化剂供应管道(例如管状元件)内从反应器或中间容器(例如催化剂汽提器)输送到再生器中。然后导管可导引焦化的催化剂到催化剂再生器中。

在一个实施方案中，传输导管优选进入催化剂再生器的再生区内，并可释放焦化的催化剂到再生区内以供除去含碳沉积物。传输导管任选地包括在再生区内均匀地分配废催化剂的多个第二端。在一个优选的实施方案中，一个或更多个第二端可优选相对于催化剂再生器，纵向延伸到再生区内，且可穿过(侧面延伸)再生介质可有利地经其引入到再生区内的分配器格栅。在这一实施方案中，多个第二端中的一个或更多个可在比分配器格栅高的位置处释放废催化剂组合物到再生区内。

再生工艺主体优选在再生区的相对致密相内发生。以体积为基础，基于再生区的总体积，致密相任选地包括约2vol％-约45vol％，优选约20vol％-约35vol％的再生区。以重量为基础，基于再生区内催化剂的总重量，致密相优选包括约45wt％-约98wt％，任选地约85wt％-约95wt％。

此处所使用的纵向是指在与坡度(grade)垂直的方向(例如竖直)，和侧面是指与坡度平行的方向(例如水平)。此处所使用的物体的相邻端是与坡度最邻近的物体部分，和物体的远端是离坡度最远的物体部分。

在一些实施方案中，再生区还优选包括一个或更多个再生介质入口以供接收再生介质，优选空气，分子氧，或其混合物。再生介质导管可携带再生介质从再生介质源例如再生介质储存在其内的加压再生介质包含容器到一个或更多个再生介质区中。在一个实施方案中，至少一个喷嘴引入再生介质到再生区内。优选地，再生介质以约50-约500标准英尺³(scf)/lb燃烧的焦炭(约3.1-约31.2标准米³(scm)/kg燃烧的焦炭)的速度引入到催化剂再生器内，更优选约150-约400scf/lb燃烧的焦炭(约9.4-约25.0scm/kg燃烧的焦炭)，和甚至更优选约200-约350scf/lb燃烧的焦炭(约12.5-约21.9scm/kg燃烧的焦炭)。

优选地，将焦化的催化剂通过输送导管例如管道或管子连通到再生器中。传输导管的侧面截面积可以变化，但优选小于再生器的侧面截面积，尽管在替代实施方案中，它也可以较大。

优选地，含氧再生介质可直接加入到再生区内，而不是在将焦化的催化剂从反应器连通到再生区的传输导管内。所需地，再生介质，优选气体包括分子氧或其他氧化剂。适合于在再生介质内的氧化剂的实例可包括，但不必限于，O₂、O₃、SO₃、N₂O、NO、NO₂、N₂O₅及其混合物。单独的空气或者用氮气或二氧化碳稀释的空气是尤其所需的再生介质。在空气内氧的浓度可以变化(例如下降或增加，优选下降)到控制的水平例如最小化催化剂再生器内的过热现象或产生热点。也可用氢气，氢气和一氧化碳的混合物，或其他合适的还原气体来还原再生催化剂。

在一个实施方案中，催化剂冷却器具有进入立管。为了增加在再生器和催化剂冷却器之间的催化剂循环速度，进入立管可优选为圆柱形，且可优选具有基本上恒定的直径。这一优选的布局可便于较小地限制再生器和催化剂冷却器之间的流动。

在本发明的一个实施方案中，再生器具有一个或更多个催化剂冷却器入口和一个或更多个催化剂冷却器出口，其中至少一个催化剂冷却器出口优选位于至少一个催化剂冷却器入口上方，同时仍然在再生器的催化剂床内(参见图2)。在另一实施方案中，至少一个催化剂出口位于再生器的催化剂床上方例如在再生器的分离区内(参见图3)，此处也称为“稀释相”。在再生器内，较大的固体颗粒可通过经催化剂床表面的气泡喷出，在该床上方伸出，或者可夹带在气体物流内部，它们典型地下落(回到)流化床内。这一布局可(例如通过旋风分离器浸入管)或者通过下落到床上的非夹带的冷却催化剂，有利地导致夹带的冷却催化剂在床内更加均匀的分布，从而引起催化剂相对彻底的混合。

在再一实施方案中，至少一个催化剂冷却器出口以相对于再生器，基本上垂直的角度传导催化剂从催化剂冷却器到再生器内。至少一个催化剂冷却器出口的这种定位有助于径向混合，这可导致非所需的催化剂热点和冷点减少/最小化。

在一个实施方案中，该方法进一步包括下述步骤：经导管和提升空气喷嘴传导冷却的催化剂，之后进入再生器内，提升空气喷嘴的直径没有大到本身完全阻止催化剂流动。优选加工提升空气喷嘴的直径，在提升管线内，提供约10-20ft/s(约3-6.1m/s)气流，和这儿应当优选的是，对于小于约100lb/ft²·s(小于约500kg/m²·s)的催化剂流通量来说，在喷嘴周围存在充足的环形空间。在另一实施方案中，提升空气喷嘴在再生器催化剂入口的下游。

在一个实施方案中，该方法进一步包括下述步骤：测量在至少一个催化剂冷却器入口和相应的催化剂冷却器出口之间的催化剂的ΔT。在一个实施方案中，催化剂的ΔT可以是从高于0℃至约350℃例如从高于0℃至约300℃，从高于0℃至约200℃，或从高于0℃至约150℃。在另一实施方案中，催化剂的ΔT可以是约10℃-约350℃例如约25℃-约300℃，约50℃-约200℃，约100℃-约250℃，约5℃-约125℃，或约10℃-约175℃。

与现有技术的方法相比，本发明的方法也可有利地导致催化剂的滞留(hold-up)下降，从而降低体系内所要求的催化剂总量，以及降低催化剂暴露于再生器内的失活条件下的时间。此处所使用的“催化剂滞留”是指在设备的一部分或者有时加和在一起的所有反应系统的设备内催化剂的数量(通常以质量为单位测量)。典型地，当测量质量时，催化剂的质量可理解为随着催化剂焦炭负载增加而增加。或者，可通过测定再生器底部和位于该床上方的稀释相之间的压差(ΔP)，测定在再生器床内催化剂的滞留。可根据ΔP和截面积，测定催化剂的重量滞留，然后它与催化剂床的密度(根据在已知长度上内部床的ΔP可计算)结合可用于计算催化剂床的高度。

在一个实施方案中，与具有仅仅一个冷却器入口和仅仅一个冷却器出口的单一外部催化剂冷却器的再生器结构内的催化剂滞留相比，在本发明再生器结构内的催化剂滞留可下降至少20％，更优选至少25％，和最优选至少30％。

在另一实施方案中，该方法进一步包括制备聚烯烃产品的步骤，该步骤包括聚合轻质烯烃产品，制备聚烯烃产品。

在一些实施方案中，在再生过程中，再生器可产生小于或等于200℃的稳态后燃(afterburn)，和典型地在再生器的烟道气内小于或等于10,000ppmv(即份/百万体积份)的稳态CO浓度。优选地，后燃可以是小于或等于100℃。优选地，在再生器的烟道气内的CO浓度可以是小于或等于1000ppmv。在一些实施方案中，可需要在催化剂再生条件下加速一氧化碳转化成二氧化碳，以便降低后燃的机率。美国专利申请公布No.2003/0163010公开了本发明中有用的加速一氧化碳转化成二氧化碳的金属，同时催化剂再生条件可包括例如在美国专利Nos.4072600和4350614中所述的那些，其中每一篇的全部内容在此通过参考引入。这些金属可以是氧化促进剂例如铂、钯、铱、锇、铑、钌、铼及其结合物。催化剂组合物可含有例如约0.01ppmw-约100ppmw(份/百万重量份)氧化促进剂，通常约0.01ppmw-约50ppmw或约0.01ppmw-约5ppmw。

在一个实施方案中，再生促进剂，典型地含金属例如铂和钯的化合物和类似物直接或间接与例如焦化催化剂组合物一起加入到再生器中。此外，在另一实施方案中，新鲜分子筛催化剂组合物可加入到含氧气和水的再生介质的再生器内，正如美国专利No.6245703中所述，在此通过参考全文引入。

另外或替代地，本发明可包括如下所述的一个或更多个下述实施方案。

实施方案1。在含氧物转化成烯烃的系统内控制再生器温度的方法，该方法包括下述步骤：(a)在足以转化所述含氧物成含轻质烯烃的产物的条件下，在反应区内，接触包括含氧物的原料与催化有效量的含分子筛的催化剂，从而形成至少部分焦化的催化剂；(b)将至少部分焦化的催化剂的一部分从反应区传导到具有催化剂床、催化剂冷却器、催化剂冷却器入口、催化剂冷却器出口、催化剂床高度(H_c)、催化剂冷却器入口高度(H_i)和催化剂冷却器出口高度(H_o)的再生器中；(c)在有效地使至少部分焦化的催化剂至少部分再生的条件下，在第一温度下，接触在再生器内的至少部分焦化的催化剂的一部分与含氧的再生介质；和(d)将一部分催化剂从再生器经催化剂冷却器入口传导到催化剂冷却器中，形成冷却的催化剂部分，其然后经催化剂冷却器出口传导返回到再生器内，以控制再生器的温度，其中H_o大于H_i。

实施方案2。实施方案1的方法，其中定位催化剂冷却器出口，以便H_o大于H_c。

实施方案3。前述任何一项实施方案的方法，其中再生器具有再生器高度(H_r)，至少两个催化剂冷却器入口和至少两个催化剂冷却器出口，和其中：(i)每一入口和出口具有中心；(ii)至少两个出口中心和至少两个冷却器入口中心中的两个或更多个确定直线；(iii)至少两个冷却器入口中心中的两个或更多个和再生器高度形成一个或更多个入口平面；(iv)至少两个冷却器出口中心中的两个或更多个和再生器高度确定一个或更多个出口平面；和(v)一个或更多个入口平面中的至少一个和一个或更多个出口平面中的至少一个基本上不共平面。

实施方案4。实施方案3的方法，进一步包括从催化剂冷却器经至少两个冷却器出口循环催化剂到再生器内的步骤，其中至少两个冷却器入口可在共同的入口高度(H_i)处沿着再生器高度位于第一位置，至少两个冷却器出口可在共同的出口高度(H_o)处沿着再生器高度位于第二位置处，和至少两个第一位置在至少两个第二位置下方，以便H_o优选大于H_i。

实施方案5。在含氧物转化成烯烃的系统内控制再生器温度的方法，该方法包括下述步骤：(a)在足以转化所述含氧物成含轻质烯烃的产物的条件下，在反应区内，接触包括含氧物的原料与催化有效量的含分子筛的催化剂，从而形成至少部分焦化的催化剂；(b)将至少部分焦化的催化剂的一部分从反应区传导到具有再生器高度(H_r)、催化剂床、催化剂床高度(H_c)、至少两个催化剂冷却器入口和至少两个催化剂冷却器出口的再生器中；(c)在有效地使至少部分焦化的催化剂至少部分再生的条件下，在第一温度下，接触在再生器内的至少部分焦化的催化剂的一部分与含氧的再生介质；和(d)将一部分催化剂从再生器经至少两个催化剂冷却器入口中的一个或更多个传导到催化剂冷却器中，形成冷却的催化剂部分，其然后经至少两个催化剂冷却器出口中的一个或更多个传导回到再生器内，控制再生器的温度，其中：(i)每一入口和出口具有中心；(ii)至少两个出口中心和至少两个冷却器入口中心中的两个或更多个确定直线；(iii)至少两个冷却器入口中心中的两个或更多个和再生器高度形成一个或更多个入口平面；(iv)至少两个冷却器出口中心中的两个或更多个和再生器高度确定一个或更多个出口平面；和(v)一个或更多个入口平面中的至少一个和一个或更多个出口平面中的至少一个基本上不共平面。

实施方案6。实施方案5的方法，其中至少两个冷却器入口可在共同的入口高度(H_i)处沿着再生器高度位于第一位置，至少两个冷却器出口可在共同的出口高度(H_o)处沿着再生器高度位于第二位置处，和至少两个第一位置可在至少两个第二位置之上，以便H_i大于H_o。

实施方案7。前述任何一个实施方案的方法，其中再生器进一步包括至少一个循环入口和与至少一个循环入口流体连通的至少一个循环出口，形成在其内不含催化剂冷却器的至少一个循环回路。

实施方案8。在含氧物转化成烯烃的系统内控制再生器温度的方法，该方法包括下述步骤：(a)在足以转化所述含氧物成含轻质烯烃的产物的条件下，在反应区内，接触包括含氧物的原料与催化有效量的含分子筛的催化剂，从而形成至少部分焦化的催化剂；(b)将至少部分焦化的催化剂的一部分从反应区传导到具有再生器高度(H_r)、催化剂床、催化剂床高度(H_c)、一个催化剂冷却器入口、一个催化剂冷却器出口、至少一个循环入口和至少一个循环出口的再生器中；(c)在有效地使至少部分焦化的催化剂至少部分再生的条件下，在第一温度下，接触在再生器内的至少部分焦化的催化剂的一部分与含氧的再生介质；(d)将一部分催化剂从再生器经催化剂冷却器入口传导到催化剂冷却器中，形成冷却的催化剂部分，其然后经催化剂冷却器出口传导回到再生器内，控制再生器的温度，和(e)从再生器经至少一个循环入口传导至少一部分催化剂，然后没有传导经过催化剂冷却器，而是经过至少一个循环出口返回到再生器内。

实施方案9。前述任何一项实施方案的方法，其中相对于再生器，以基本上垂直的角度，催化剂冷却器出口传导催化剂到再生器内。

实施方案10。前述任何一项实施方案的方法，其中催化剂冷却器具有进入立管，它为圆柱形且具有基本上恒定的直径。

实施方案11。前述任何一项实施方案的方法，进一步包括在进入再生器内之前，经导管和提升空气喷嘴传导催化剂的步骤。

实施方案12。实施方案11的方法，其中提升空气喷嘴在催化剂返回管线入口的下游。

实施方案13。前述任何一项实施方案的方法，进一步包括测量催化剂ΔT的步骤，ΔT是催化剂冷却器入口的温度减去催化剂冷却器出口的温度，和其中催化剂ΔT为约0℃-约350℃。

实施方案14。由包含含氧物的原料制备烯烃产品的方法，该方法包括进行根据前述任何一项实施方案的方法，和进一步包括下述步骤：(1)从再生器传导至少一部分催化剂回到反应区；和(2)分离和任选地纯化含轻质烯烃的产品。

实施方案15。制备聚烯烃产品的方法，该方法包括在足以形成聚烯烃产品的条件下，在催化剂存在下，任选地与一种或更多种可聚合的共聚单体一起，或者这二者，接触根据实施方案14的方法生产的轻质烯烃产品与引发剂。

实施例

实施例1

图1中示出了这一实施例中所使用的再生器和催化剂冷却器体系且如下描述。如上所述，来自OTO反应器(未示出)的产物(典型地，滑移(slip)物流，它例如占反应器/再生器系统内全部催化剂重量的小于25wt％例如小于20wt％，小于15wt％，或不大于10wt％)经管线(12)进入再生器容器(10)内，其中容器(10)含有MTO催化剂床(14)和含氧再生介质入口(16)。至少部分再生催化剂中的至少一部分然后进入第一管道(22)设备以供传导MTO催化剂从再生器容器(10)到含催化剂冷却器介质例如蒸汽/水的催化剂冷却器(20)，所述催化剂冷却器介质相对冷地进入(经管线32)和相对热地离开(经管线34)，从而冷却流经催化剂冷却器(20)的催化剂。一旦驱动滑动阀(26)，则优选借助于通过流化介质例如(来自管线28的)空气或氮气流化的催化剂然后进入第二导管设备(24)以供从催化剂冷却器(20)传导冷却的MTO催化剂到再生器容器(10)，典型地到催化剂床(14)中。在催化剂床(14)内的至少一部分再生和/或冷却的催化剂然后被输送回到OTO反应器中(例如经管线18)。冷却器排放管线(30)任选地便于从催化剂冷却器(20)排放挥发性组分例如气体到再生器(10)，典型地到催化剂床(14)上方的再生器(15)的稀释相中。

实施例2

在这一特别的实施方案中，再生器和催化剂冷却器体系类似于实施例1，所不同的是作出下述变化(参见图2)：

a.除去在催化剂冷却器入口(22)上的内部催化剂收集锥体、管线和弯管(统称36)，以便于在与催化剂床(14)相连的催化剂床壁内的开口；

b.来自催化剂冷却器(20)的催化剂返回管线(24)的位置从靠近再生器催化剂床(14)底部变化为靠近催化剂床(14)顶部；和

c.再生器催化剂入口进入(24)的角度也从离水平面至少约45°(典型地近可能大致垂直，在与再生器流动相对的方向上)变化为大约水平。

实施例1和实施例2的再生器和催化剂冷却器体系之间的其他改性可另外或替代地包括下述中的一个或更多个：

d.催化剂冷却器(20)的催化剂冷却器入口(22)可具有基本上恒定的直径；和/或

e.可在催化剂返回管线(24)和/或在流化供应管线(28)内使用具有相对较小直径的提升空气喷嘴(未示出)。

实施例3

在这一特别的实施例中，再生器和催化剂冷却器体系类似于实施例2，所不同的是，移动催化剂冷却器返回管线(24)，以便催化剂在催化剂床(14)外侧的稀释相(15)位置内再进入到再生器(10)内，如图3所示。任选地，催化剂冷却器返回管线(24)在与再生器流动方向大致垂直的方向上引入冷却的催化剂到再生器(10)的稀释相(15)内；以及任选地，通过在再生器(10)的稀释相(15)内的一个或更多个挡板(例如，38)，干扰冷却的催化剂的这一同向流。

实施例4-8

实施例4-8分别表示图5a-5e的中心再生器/催化剂冷却器结构，其中相对于催化剂冷却器入口和出口，以类似结构取向图5a和图4(实施例4)。在一个实施方案中，实施例4-8的这些结构可与实施例1-3所述的一个或更多个体系串接使用。尽管图5a-5e的示意图在纸平面内示出了仅仅截面和相对取向，但对图5a来说，优选一个或更多个(更优选大多数或所有)圆形几何形状偏离纸平面外的(更优选大多数或所有)一个或更多个矩形几何形状，如图4所示。尽管如此，图5a-5e内一个或更多个入口和出口的相对取向可替代地(但不那么优选)基本上在纸平面内共平面。

基于一些计算的流体动力学(CFD)模拟，与具有仅仅一个催化剂冷却器入口和一个催化剂冷却器出口的结构相比，实施例4-8每一个表明优异的催化剂冷却结果。此外，基于CFD模拟，与其中催化剂冷却器入口偏离与纸张垂直的平面但没有偏离纸平面的实施例4的结构相比，其中催化剂冷却器入口在纸平面内偏离催化剂冷却器出口的实施例5-8(在实施例5-7中，这一偏离设定为约90°)表明优异的催化剂冷却结果。

实施例9-12

实施例9-12分别代表图5a、5a、5b和5d的中心再生器/催化剂冷却器结构的改进，其中相对于催化剂冷却器入口和出口，图5a和图4(实施例4)以类似结构取向。在一个实施方案中，实施例9-12的这些结构可与实施例1-3所述的一个或更多个体系串接使用。在图5a、5b和5d每一个中，催化剂冷却器入口之一和催化剂冷却器出口之一可分别被一个循环入口和一个循环出口替代(即牵涉一个冷却器入口和一个冷却器出口的仅仅一个催化剂冷却回路保留)。实施例11和12相当于分别是图5b和5d的替代改进，因为冷却器入口和出口被这些图中的循环入口和出口替代无关紧要。然而，实施例9相当于图5a的改进，其中彼此最相邻的冷却器入口和出口(在同一侧上，或者两者都在左侧或者两者都在右侧)分别被循环入口和出口替代，和实施例10相当于图5a的改进，其中彼此最远相邻的冷却器入口和出口(在相对侧上，一个左侧和一个右侧)分别被循环入口和出口替代。

尽管图5a、5b和5d的图示仅仅示出了在纸平面内的截面和相对取向，但对于图5a的结构来说，优选一个或更多个(更优选大多数或所有)圆形几何形状偏离纸平面外的一个或更多个(更优选大多数或所有)矩形几何形状，如图4所示。尽管如此，但在图5a、5b和5d中的一个或更多个入口和出口的相对取向可替代地(但不那么优选)在纸平面内基本上共平面。

尽管通过参考特定实施方案描述和阐述了本发明，但本领域的普通技术人员要理解，本发明本身会导致此处不必阐述的变化。例如，另外加以考虑的分子筛催化剂组合物可包括结合的一种或更多种其他分子筛。另外或替代地，本领域的普通技术人员要理解，尽管具体地参考OTO/MTO反应系统和方法公开了本发明的方法，但此处的公开内容应当适用于使用再生含有在其上/其内形成大致高含量焦炭的催化剂的流化床再生器的任何方法。由于这些原因，应当参考所附权利要求用以决定本发明的保护范围。