CN1678715A - 两阶段的烃转化反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及操作烃类转化过程的方法和系统。使用两阶段反应器系统，其中第二反应阶段的气体表观速度大于在第一反应阶段中的气体表观速度。第一反应阶段在更象连续搅拌釜式反应器(CSTR)特性下操作，和第二反应阶段在更象活塞流反应器(PFR)特性下操作。

Description

两阶段的烃转化反应系统

本发明的领域

本发明涉及可用于烃转化过程中的反应系统。更具体地说，本发明涉及反应系统，它使用两阶段并同时具有连续搅拌釜(CSTR)和活塞流反应器(PFR)流体动力特性。

本发明的背景

当在工业反应器中将含有烃的原料转化成产物时，希望优化所需产物的生产，和控制，典型地最大程度减少副产物的产生。用于进行烃转化反应的一种类型的反应器是流化床反应器，其中固体催化剂颗粒在与原料和其它蒸气物料接触过程中悬浮于流化状态。这些类型的反应器一般具有规则的圆柱几何结构，即，包括沿着长度具有恒定直径的一定长度的圆筒。一般说来，催化剂颗粒和蒸气流可利用的反应器横截面积与特征宽度成正比，和具体地说对于圆筒而言与直径成正比。

美国专利No.6,166,282公开了一种类型的用于将含氧化合物转化成烯烃的流化床反应器。该反应器包括致密相区，过渡区和提升区段。它透露，通过在同一反应器中使用致密相区和过渡区，与初始催化剂分离或离解步骤相结合，能够获得与普通泡罩或流化床反应器相比的显著优点。致密相区是在低于1米/秒的表观速度下操作，和过渡区是在1到4米/秒的表观速度下操作。随着未反应的原料，流化催化剂颗粒和反应产物的混合物进入过渡区，反应继续进行到基本上完全转化。

欧洲专利申请EP1 046 695公开另一类型的流化床反应器，它在流化床反应器中使用多个区。这一专利出版物具体地涉及在这些区中的每一个中使用不同原料和其它蒸气来控制反应条件如在这些区中的每一个中的温度，和增加二次反应和副产物生产。

PCT出版物WO01/04079公开具有流化区段和提升区段的流化床反应器。这一专利出版物具体地说是牵涉到利用钒和铋催化剂的丙烯氧化生产丙烯酸的反应系统。

在中国期刊“石油炼制和石油化工”(Petroleum Processing andPetrochemicals)，第31卷，No.2，2000年2月，Zheng Mao jun等人，标题为“Determination Of Particle Velocity Distribution InTwo Kinds Of Riser Reactor”的文章中讨论了较大直径的辅助床与较小直径的提升器的结合。该文章描述了辅助床作为在提升器中提供更佳活塞流图案的手段的用途。

附加的系统和方法是改进流化床烃转化反应器的效率所需要的。尤其，此类系统需要改进产物选择性和同时维持原料的高转化率。此类系统在采用含氧化合物至烯烃催化剂的含氧化合物转化的当前领域中，在维持对乙烯和丙烯产物的高选择性方面是特别令人想望的。

本发明概述

本发明提供以高选择性和高转化率将烃原料催化转化成产物的系统和方法。在一个实施方案中，本发明提供烃转化装置。该装置包括反应器壳，后者包括至少一个锥形元件。

在本发明的一个实施方案中，在具有第一体积和第一平均等效直径的反应器壳内有第一反应阶段，其中第一反应阶段具有催化剂入口，催化剂可以进入该入口。本发明能够进一步包括烃原料可以进入的最低的原料入口，以及第一物料通道，其中催化剂、烃原料和烃转化产物可以经由该通道离开。

在一个实施方案中，第一物料通道位于比最低的原料入口更高的相对于整平地面(grade)而言的标高。本发明的装置方面也能够包括在反应器壳内的第二反应阶段。第二反应阶段具有第二体积，长度和第二平均等效直径，并且令人想望地连接到第一反应阶段的第一物料通道中，使得催化剂、烃原料和烃转化产物可以进入。第二反应阶段能够进一步包括第二物料通道，其中催化剂、烃原料和烃转化产物可以经由该通道离开。

分离装置能够包括在该装置中。该分离装置令人想望地与第二反应区的第二物料通道实现流体连通。该分离(装置)用于从烃转化装置中的烃原料和烃转化产物中分离催化剂。该分离装置能够进一步包括产物出口(烃转化产物和烃原料可以经由该出口离开)和催化剂出口(催化剂可以经由该出口离开)。希望该产物出口位于比催化剂出口更高的相对于整平地面(grade)而言的标高。

在一个实施方案中，第一体积是第一体积和第二体积的总和的至少20％和不大于90％。在另一个实施方案中，长度与第二平均等效直径的比率是至少5.0∶1。在又一个实施方案中，第一平均等效直径希望是第二平均等效直径的至少1.05倍。还希望第一平均等效直径是至少0.3米。

本发明任选包括催化剂可以流经的催化剂循环导管。该催化剂循环导管希望包括与分离装置的催化剂出口实现流体连通的第一端，和连接到第一反应阶段的催化剂入口的第二端。该催化剂循环导管为催化剂从分离装置到第一反应阶段提供流体连通。

本发明还涉及将烃原料转化成产物的方法。该方法包括让烃转化催化剂与烃原料在第一反应阶段中接触以形成产物。在一个实施方案中，该烃原料以至少20.0％的第一烃原料转化率被转化。在另一个实施方案中，该烃原料是以不大于98.0％的烃原料转化率被转化。

该产物，任何未转化的烃原料，和烃转化催化剂从第一反应阶段流入到第二反应阶段中，以使烃原料的转化在第二反应阶段中继续进行。在本发明的方法的一个实施方案中，第二反应阶段具有比第一反应阶段的平均气体表观速度(GSV)更大的平均气体表观速度(GSV)。

附图的简述

图1A-B显示了本发明的烃转化装置的剖视图，和沿着所标识的线描绘的该装置的部分横截面视图。

图2A-B显示了本发明的烃转化装置的另一个实例的剖视图，和沿着所标识的线描绘的该装置的部分横截面视图。

图3A-C显示了本发明的烃转化装置的第三个实例的剖视图，和沿着所标识的线描绘的该装置的两个部分横截面视图。

图4显示了本发明的烃转化装置的第四个可能的实例的剖视图。

图5A-C显示了本发明的烃转化装置的又一个实例的剖视图，和沿着所标识的线描绘的该装置的三个部分横截面视图。

图6A-C显示了本发明的烃转化装置的又另一个实例的剖视图，和沿着所标识的线描绘的该装置的两个部分横截面视图。

图7A-C显示了本发明的烃转化装置的第七个实例的剖视图，和沿着所标识的线描绘的该装置的两个部分横截面视图。

图8显示了本发明的烃转化装置的又一个实例的剖视图。

图9A-D显示了本发明的烃转化装置的再另一个实例的剖视图，和沿着所标识的线描绘的该装置的三个部分横截面视图。

本发明的详细说明

本发明提供了将烃原料催化转化成产物的系统，因此实现了高产物选择性，同时维持高的原料转化率。本发明是在两阶段的反应过程中进行的。反应过程是在系统中如此进行的：第一阶段在更象连续搅拌釜式反应器(CSTR)的特征下操作，和第二阶段是在更象活塞流反应器(PFR)的特征下操作。

本发明人已经发现，在每一阶段中必须在CSTR和PFR之间有平衡，以便实现所希望的产物选择性和原料转化率。如果从原料到产物的总体转化是在主要CSTR特征下进行，则更高转化率可通过使用较小反应器体积更容易地实现。然而，CSTR特征倾向于得到较低的产物选择性，这在某些反应如从含氧化合物到烯烃转化反应中是特别不希望有的。虽然对于所需产物的高选择性能够在主要PFR特征下实现，但是此类条件要求一种反应器设计即具有高的反应器长度直径比，这对于在工业规模上建造和操作是不切实际的。因此，本发明平衡了第一和第二阶段反应特征，因此高的产物选择性和高的转化率能够同时地并在比普通流化床反应系统更小的反应器体积下得以实现。

为了从第一反应阶段的更象CSTR型特征到第二反应阶段的更象PFR型特征之间提供合适的平衡，第二反应阶段具有大于第一阶段的平均气体表观速度(GSV)的平均气体表现速度。该系统进一步如此操作：在第一阶段中原料到产物的转化进行到最大值，没有负面地影响对所需产物的选择性。即，反应进行到其中不希望有的副反应或不希望有的副产物在第一反应阶段中保持最低水平的那一程度。然后反应过程转移到第二反应阶段中，其中未反应的原料的转化率可以是较低的或根据不同的反应机理来操作，但是产物选择性仍然保持高的和副产物形成保持低的。

该GSV应该是足够的高以在第二反应器阶段中实现更象PFR的特征。在一个实施方案中，该条件也应该使得在第一反应阶段中原料的转化率是至少20.0％和不大于98.0％，而在第二反应阶段中完成进一步的转化。该反应器装置因此经过设计要求第一和第二反应阶段具有合适的体积和反应器长度直径比，以同时满足所需的GSV和转化条件。此类条件和设计导致在第一反应阶段中更象CSTR的特征和在第二阶段中更象PFR的特征。

在这里和权利要求中使用的术语“催化剂”，“固体颗粒状催化剂”和“烃转化催化剂”具有相同的意义并可以可互换地用于描述能够被流化和催化增强烃转化反应的速率和选择性的小的、配制的催化剂颗粒。也在这里使用的术语“产物”，“反应产物”和“转化产物”具有相同的意义并可以互换地用于描述从烃原料与催化剂的反应得到的物质。最后，在这里使用的术语“原料(feed)”，“原料(feedstock)”和“烃原料”具有相同的意义和可以互换地用于描述适合于用催化剂转化成产物的烃类材料。

在这里公开的全部的图用于表示能够用于本发明的两阶段反应器系统中的反应器的类型的例子。在这里没有具体地描述的其它设计能够作为本发明的系统的一部分而包括在内，只要该装置被设计来在也在这里描述的每一反应阶段中在合适的GSV下保持合适的第一和第二反应阶段转化率就行。该设计应该使得第一反应阶段显示出更象CSTR的特征和第二反应阶段显示出更象PFR的特征。

图1A给出了本发明的烃转化装置100的剖视图。图1B给出了该装置的部分横截面，沿着所指示的线来俯视图1A，集中于与反应区109有关的元件，和省去分离装置151。

继续参考图1A-B，为该装置提供气态或液体原料的原料导管103开口接合到反应器壳106而形成了反应区109的总体，在其中进行在该原料和固体颗粒状催化剂之中的反应。反应区109由第一反应阶段112和第二反应阶段115组成。第一反应阶段112和第二反应阶段115的区别在于前者在垂直于净流动方向的平面中具有比后者更大的特征宽度，并可以让流过反应区109的原料、产物和其它气体在反应程度(原料的消失)提高时具有提高的气体表观速度。当该装置在使用中时在一个反应阶段内出现的在与原料、产物和其它气体的净流动垂直的平面中该反应阶段的特征宽度在下面被确定为“平均等效直径(AED；有时带有指示该反应阶段的下标)”，下面详细讨论。

在本发明的一个实施方案中，有“最低的原料入口”，原料从原料元件中经由该入口进入到第一反应阶段，定义为开放的、横截表面，平行于整平地面，在该原料元件的末端和反应区段的交叉处的最低点形成。最低的原料元件典型地开口接合到或伸入到反应器壳的较低部分中。原料元件的例子包括，但不限于，开口导管，栅板和喷嘴。最低的原料入口决定了第一反应阶段的几何结构的下边界。

在本发明的另一个实施方案中，有仅仅一个原料元件(它因此必然地确定了最低的原料入口)。在其它实施方案中，有两个原料元件，其中的一确定最低的原料入口，和另一个确定了另一个入口。在再一其它实施方案中，有三个，或四个，或五个，或六个，或六个以上的原料元件，其中的一个确定最低的原料入口，和其它则确定其它入口。各种其它入口的处理在后面进行讨论。

在图1A-B的实施方案中，“最低的原料入口”118，原料从原料导管103经由该入口进入第一反应阶段112中，被定义为开放的、横截表面，平行于整平地面，在原料导管103与反应器壳106的开口接头处形成。确定该最低的原料入口118的平行于整平地面的开放的、横截表面与壳106邻接，和该最低的原料入口118的全部被原料导管103的末端包围。有很多的替代实施方案，其中的一些随后在图5和图6中说明。

该术语“低”，“上”和“下”，和它的各种形式，是相对于整平地面作出参考。随着本发明的装置具有一个以上的原料入口，该术语“最低的”原料入口是指该装置的最接近于整平地面的入口。

回到图1A-B，为该装置提供固体颗粒状催化剂的催化剂入口导管121开口接合到反应器壳106而形成了反应区109的总体，在其中将发生在原料和固体颗粒状催化剂之间的反应。

在本发明的一个实施方案中，在第一反应阶段内有“催化剂入口”，固体颗粒状催化剂从催化剂入口导管经过它进入到第一反应阶段中，被定义为连接到在催化剂入口导管的末端上的全部位点的具有最小面积的开放、横截表面。催化剂入口导管典型地开口接合于或伸入到该反应器壳的较低部分。本发明可具有一个以上的催化剂入口导管和因此具有一个以上的催化剂入口。优选，该催化剂入口构成了第一反应阶段的几何结构的边界的一部分。

在图1A-B中的实施方案中，催化剂入口导管121开口接合到反应器壳106的较低部分从而确定催化剂入口124作为第一反应阶段112的边界的另一部分。在这一实施方案中，催化剂入口124与反应器壳106邻接并在反应器壳106和第一反应阶段112的几何结构中没有形成错位，然而，还有很多可被用于本发明的其它实施方案。必须记住，在本发明的反应区中，固体颗粒状催化剂和原料将相互接触。在未显示的另一个实施方案中，催化剂入口导管可能伸出穿过反应器壳而进入到第一反应阶段中并以一些几何结构终止。如果该几何结构是圆形，即，圆柱形体的右端，则催化剂入口被定义为在圆柱形体的该末端的开环的表面积。此外，该圆柱形体的属于在第一反应阶段内的催化剂入口导管的那一部分不被认为是第一反应阶段的体积的一部分，因为当该装置运转时原料不可能在该圆柱形体内接触催化剂。催化剂入口导管的末端可具有任何几何结构，包括可以是复杂的并需要很多的测量和计算来测定连接到该末端(它确定催化剂入口)的全部位点上的该表面的面积的那些几何结构。

本发明的另一个实施方案包括分离装置，它包括用于将固体颗粒状催化剂与气态的转化产物和可能未转化的原料分离的一种或多种分离元件，和另外催化剂出口和产物出口。一般说来，一旦该催化剂与转化产物和未转化的原料分离，反应基本上停止，使得在使用当中的装置中控制所需的反应程度。对于分离装置和分离元件有很多可能的实例，它们中的许多在下面进行讨论。分离元件希望与反应器壳彼此实现流体连通，更具体地说，第二反应区的第二物料通道，后面将详细描述。

如上所指出，任选的分离装置能够包括产物出口(转化产物和可能未转化的原料可经过该出口离开该设备)和催化剂出口(固体颗粒状催化剂经由它离开该设备)。在一个实施方案中，该产物出口位于比催化剂出口更高的相对于整平地面的标高。然而，分离装置所包括的催化剂出口或产物出口的绝对位置、几何结构或属性可以广泛地变化。在许多实施方案中，在需要确定一个实施方案具有本发明的装置(与以上对于催化剂入口或原料入口所述的那些不同)的计算中不需要使用这些边界。它们以任何形式存在以允许它们各自的物料被例如导管从分离装置中运走的事实是全部所需要的。在一些情况下，下面在确定与分离装置实现流体连通的第二物料通道的位置时应该指出，这一所希望的末端的最低或最高点与该分离装置实现开放或开放结合的连通。

在图1A-B的实施方案中，分离装置151由容器127(即，分离元件)，催化剂出口136和产物出口142组成。反应器壳106开口接合到终端容器127，它是分离元件的一种形式，其中固体颗粒状催化剂与任何未反应的原料一起从转化产物中分离。终端容器127确定了终端体积130。在该装置的操作中，比第二反应阶段115有更大特征宽度的终端体积130将使转化产物和原料的气体速度减慢。这接着进一步让固体颗粒状催化剂从流动的气体中脱离并在气体继续向上行进的同时降落在该终端体积130内。

催化剂出口导管133，它携带催化剂离开该分离装置，开口接合到终端容器127。催化剂出口136(催化剂可经由它从该终端体积130中流出并流入到催化剂出口导管133中)显示为在终端容器127和催化剂出口导管136的会合处的敞开表面积。此外，产物出口导管139，它携带反应产物和未反应的原料离开该分离装置，开口接合到终端容器127。产物出口142(催化剂经由它从该终端体积130流出和进入产物出口导管139中)显示为终端容器127和产物出口导管139的会合处的敞开表面积。在未显示的另一个实施方案中，催化剂出口导管或产物出口导管的一端可以伸出穿过该终端容器并与终端体积实现开口式连通，其中在那些导管上的任何类型的末端构成了催化剂出口或产物出口。

在一个实施方案中，本发明包括至少一个“第二物料通道”，使得固体颗粒状催化剂、转化产物和可能未转化的原料可以经由该通道从第二反应区中流出和进入到分离装置中，在各种实施方案中定义为下列之一：

1.由反应器壳开口接合到分离元件所确定的开放的、横截表面。在这一图和后面的图中讨论的分离元件的部分例举包括终端容器，旋风分离器，和“羊角状杓兰(ram′s heads)”的开放端。其它分离装置，包括但不限于过滤器，以及所列的这些或其它那些的结合，可以用于本发明。终端容器壳与反应器壳的简单延续的区别在于：有角度大于80°的两个壳表面的至少一个接合，沿着该装置从最低的原料入口到产物出口移动而提供在体积上的快速膨胀。

2.反应器壳末端的开放的、横截表面与终端体积(分离元件的另一种具体形式)实现开口式连通，即，该反应器壳伸出穿过并终结在一个体积中，该体积由属于具有催化剂出口和产物出口的终端容器的较大壳确定。在这一实施方案中，表面如上对于催化剂入口所述来测定，即，包围反应器壳末端的全部位点的最低表面积。

3.在这一例举中以上指出的此类容易认识到的特征不存在的情况下，第二物料通道被定义为与整平地面平行地穿过催化剂出口的最低点或产物出口的最高点的开放的、横截表面，无论那一个都定义了第一和第二反应阶段的总和的最小体积(下面讨论)。

继续对图1A-B中的实施方案进行讨论，第二物料通道145-固体颗粒状催化剂、转化产物和可能未反应的原料可以经由它从第二反应阶段115中流出和进入到终端体积130中-是作为在反应器壳106和终端容器127的会合处形成的开放的、横截表面而构造。

在本发明的另一个实施方案中，该反应区的体积(它是第一反应阶段和第二反应阶段的体积的总量即总和)是由反应器壳，最低的原料入口和第二物料通道限定的体积所确定。它通过根据占优势的尺寸使用标准几何方程式来定量地计算，该尺寸沿着在最低的原料入口与第二物料通道之间的反应器壳壁和在该壳壁之内走向。各种入口和辅助的元件被假设与该反应器壳邻接，其中由包围该开口导管末端的全部位点的最低、开放横截表面所限定的开口导管末端用于体积计算目的，和伸入到反应区中的任何导管的体积不计算在反应区体积内，如以上详细讨论。可以存在的各种辅助元件包括但不限于用于供给流化气体以维持颗粒催化剂的流化的导管，取样口或仪表配置探针(例如，温度计套管和压力计)。

在本发明的一个实施方案中，第一反应阶段的体积是第一和第二反应阶段的体积的总和(即，总反应区)的至少20％和不大于90％。在该范围内的值的选择可以受许多因素影响，其中包括与具体设计的构造有关的主要经济条件，和所需催化剂、原料、产物和与进行转化反应的装置的使用有关的操作条件的属性。在该范围内的值的选择也受到第一反应阶段和第二反应阶段的某些AED的客观需要之影响。此外，在该范围内的一个以上的值可以满足在该同一装置上作为本发明装置的那些要求。

在另一个实施方案中，本发明进一步包括第一物料通道，流化的颗粒状催化剂、转化产物和未反应的原料可以经由该通道从第一反应阶段中流出而进入到第二反应阶段中。一旦已经选择第一反应阶段的体积相对于总反应区的比例的值，能够确定第一物料通道的位置。第一物料通道确认为在该装置内的开放的、横截表面，平行于整平地面，在最低的原料入口和第一物料通道之间提供所选择的第一反应阶段体积。这按照与如上所述的确定反应区的体积的方式相类似的方式，通过根据占优势的尺寸使用几何计算方法，沿着该装置并在该装置之内走向，从最低的原料入口开始来确定的。第一物料通道被认为是第一反应阶段的一部分，但是用作第一反应阶段和第二反应阶段二者的几何边界。因此，第一物料通道被认为连接到第二反应阶段。

在本发明的另一个实施方案中，第一物料通道处于比最低的原料入口更高的标高。然而，最低的原料入口和第一物料通道的绝对位置可以有大的变化，如在其它图中所指出和以下所讨论，并且该选择受到与以上指出的对于第一反应阶段的体积的选择所述的那些因素类似的因素之影响。

本发明的反应阶段的AED是参考圆柱形体来建立的，即，它是任何几何结构的体积的特征宽度，作为具有相同体积和该几何结构的特征长度的规则圆柱形体的等效直径来计算。这一直接了当的参数，它本身和当与其它相结合时，很好地用于表征当该装置使用时在该装置的反应区内发生的气体和颗粒物的很可能的流体动力学流动状态，在反应区的准确几何结构的非常大范围的可能性之中。

在一个实施方案中，第一反应阶段的AED是至少0.3米且是第二反应阶段的AED的至少1.05倍。低于0.3米的第一反应阶段AED，当该装置用于进行烃转化反应时，蒸气和固体颗粒状催化剂流过第一反应阶段不能建立可接受的CSTR流体动力学行为。对于低于第二反应阶段的AED的1.05倍的第一反应阶段AED，在第一和第二反应阶段之间的AED没有足够的差别可用于引发在两阶段之间的流体动力学流动状态的足够变化。除这些值以外的第一反应阶段比例的选择取决于，尤其，在该装置内进行的具体的烃转化反应的性质和进行该反应的条件，所希望的CSTR行为的程度，和与所希望的第二反应阶段比例之间的相互关系。

对于本发明的装置，第一反应阶段的AED₁确定如下：

1.通过取第一反应阶段的体积和将该体积除以在最低的原料入口的标高值和第一物料通道(即垂直于整平地面)的标高值之间的差值，来获得第一反应阶段的平均等效横截面积(AECSA₁)。  第一反应阶段的这一标高差值在这里称作“第一反应阶段的长度(L₁)”。

2.由下列方程式获得AED₁：

√[(4×AECSA₁)/π]。

在确定了第一反应阶段的几何结构和整个反应区的几何结构(即，第一和第二反应阶段的总和)之后，建立了第二反应阶段的几何结构。它的体积是整个反应区的体积和第一反应阶段的体积的差值。它的边界是在第一和第二物料通道之间的反应器壳内形成的体积。这使得可以确定第二反应阶段的AED，以及长度与AED的比率。

在另一个实施方案中，第二反应阶段的长度与第二反应阶段的AED的比率是至少5.0∶1。低于这一值，当该装置用于进行烃转化反应时，对于蒸气和固体颗粒状催化剂没有足够的距离流过该第二反应阶段来建立足够的PFR流体动力学流动特征。在这一数值以外的第二反应阶段的长度与第二反应阶段的AED的比率的选择取决于，尤其，在该装置内进行的具体烃转化反应的性质和进行该反应的条件，所希望的PFR行为的程度，和与想望的第一反应阶段比例之间的相互关系。一般说来，第二反应阶段的AED越大，更希望有第二反应阶段的长度与第二反应阶段的AED的更大比率来促进更好地接近PFR行为。

对于本发明的装置，第二反应阶段的AED₂，和第二反应阶段的长度与AED₂的比率(L₂/AED₂)测定如下：

1.通过取第二反应阶段的体积和将该体积除以第二反应阶段的长度来获得第二反应阶段的平均等效横截面积(AECSA₂)。在这里使用的第二反应阶段的长度(L₂)被定义为全部在从第一物料通道运行到第二物料通道的第二反应阶段体积之内的管段的最小长度。如果有一个以上的第二物料通道，可以使用由这些标准从第一物料通道到第二物料通道的每一个所测定的长度中的最长长度。

2.由下列方程式获得AED₂：

√[(4×AECSA₂)/π]

3.通过将在这一段落的步骤1中测定的长度除以在这一段落的步骤2中测定的AED来获得该L₂/AED₂。

在本发明的各种实施方案中，第一反应阶段的体积是选自下列的任何合理的范围：至少20％，或至少25％，或至少30％，或至少35％，或至少40％，或至少45％，或至少50％，或至少55％，或至少60％，或至少65％，或至少70％，或至少75％，或至少80％，或至少85％；和不大于25％，或不大于30％，或不大于35％，或不大于40％，或不大于45％，或不大于50％，或不大于55％，或不大于60％，或不大于65％，或不大于70％，或不大于75％，或不大于80％，或不大于85％，或不大于90％的体积，基于第一和第二反应阶段的总和。

在这里使用的短语“选自下列的任何合理的范围”引导人们从后面紧接着的此类值的列举中选择一个“至少”值和一个“不大于”值的组合，它既是一个范围和又是可能的，并且将它应用于被讨论的说明书中。在一些情况下，该范围所适用的相关说明书的一部分是作为后面紧接着的列举的一部分而提供的。例如，在紧接着前面的段落中，已经被告知，各种实施方案包括“第一反应阶段是第一和第二反应阶段的总和的至少20％和不大于80％”或“第一反应阶段是第一和第二反应阶段的总和的至少25％和不大于90％”等，因为它们是适当地应用于所讨论的说明书的合理范围。然而，例如，在紧接着前面的段落中，不必认为“选自下列的任何合理的范围”叙述是说各种实施方案包括“第一反应阶段是第一和第二反应阶段的总和的至少80％和不大于20％”，或“第一反应阶段是第一和第二反应阶段的总和的至少25％和不大于25％”等，因为它们不是合理的范围；前者是不可能的，和后者不是范围。

在本发明的又一个其它实施方案中，第一反应阶段的体积是20％，或25％，或30％，或35％，或40％，或45％，或50％，或60％，或70％，或80％，或90％，基于第一和第二反应阶段的总和的体积。

根据本发明的装置的各种实施方案，第二反应阶段具有至少5.0∶1，或至少6.0∶1，或至少7.0∶1，或至少9.0∶1，或至少10.0∶1，或至少12.0∶1，或至少15.0∶1，或至少17.0∶1，或至少20.0∶1，或至少22.0∶1，或至少25.0∶1，或至少30.0∶1，或至少35.0∶1，或至少40.0∶1，或至少45.0∶1，或至少50.0∶1的长度与AED的比率。在再一些其它实施方案中，第二反应阶段具有不大于20.0∶1，或不大于22.0∶1，或不大于25.0∶1，或不大于30.0∶1，或不大于40.0∶1，或不大于50.0∶1，或不大于75.0∶1，或不大于100.0∶1的长度与AED的比率。在再一些其它实施方案中，第二反应阶段具有选自下列的长度与AED的比率：至少5.0∶1，或至少6.0∶1，或至少7.0∶1，或至少9.0∶1，或至少10.0∶1，或至少12.0∶1，或至少15.0∶1，或至少17.0∶1，或至少20.0∶1，或至少22.0∶1，或至少25.0∶1，或至少30.0∶1，或至少35.0∶1，或至少40.0∶1，或至少45.0∶1，或至少50.0∶1；和不大于20.0∶1，或不大于22.0∶1，或不大于25.0∶1，或不大于30.0∶1，或不大于40.0∶1，或不大于50.0∶1，或不大于75.0∶1，或不大于100.0∶1。

在本发明的若干实施方案中，第一反应阶段AED是至少0.3米，并且是第二反应阶段AED的至少1.05，或至少1.10，或至少1.15，或至少1.20，或至少1.25，或至少1.30，或至少1.35，或至少1.40，或至少1.45，或至少1.50，或至少2.00，或至少5.00，或至少10.00倍。在几个其它实施方案中，第一反应阶段AED是至少0.3米，并且是不大于1.20倍，或不大于1.50倍，或不大于2.00倍，或不大于5.00倍，或不大于10.00倍，或不大于25.00倍，基于第二反应阶段AED。在再一些其它实施方案中，第一反应阶段AED是至少0.3米，并且是选自下列的任何合理的范围：至少1.05，至少1.10，或至少1.15，或至少1.20，或至少1.25，或至少1.30，或至少1.35，或至少1.40，或至少1.45，或至少1.50，或至少2.00，或至少5.00，或至少10.00；和不大于1.20倍，或不大于1.50倍，或不大于2.00倍，或不大于5.00倍，或不大于10.00倍，或不大于25.00倍，基于第二反应阶段AED。

本发明的各种表现保持第一反应阶段AED是第二反应阶段AED的至少1.05倍，并且是至少0.3米，或至少0.5米，或至少1.0米，或至少1.5米，或至少2.0米，或至少3.0米，或至少4.0米，或至少5.0米，或至少6.0米，或至少7.0米，或至少9.0米，或至少12.0米。其它表现保持第一反应阶段AED是第二反应阶段AED的至少1.05倍，并且是不大于0.5米，或不大于0.7米，或不大于1.0米，或不大于1.5米，或不大于2.0米，或不大于2.5米，或不大于5.0米，或不大于7.0米，或不大于10.0米，或不大于12.0米，或不大于15.0米，或不大于20.0米，或不大于25.0米。再一些其它表现保持第一反应阶段AED是第二反应阶段AED的至少1.05倍，并且是选自下列的任何合理的范围：第二反应阶段AED的至少1.05倍，并且是至少0.3米，或至少0.5米，或至少1.0米，或至少1.5米，或至少2.0米，或至少3.0米，或至少4.0米，或至少5.0米，或至少6.0米，或至少7.0米，或至少9.0米，或至少12.0米；和不大于0.5米，或不大于0.7米，或不大于1.0米，或不大于1.5米，或不大于2.0米，或不大于2.5米，或不大于5.0米，或不大于7.0米，或不大于10.0米，或不大于12.0米，或不大于15.0米，或不大于20.0米，或不大于25.0米。

根据本发明的不同表现，第二反应阶段AED是至少0.3米，或至少0.5米，或至少0.7米，或至少1.0米，或至少1.5米，或至少2.0米。在其它表现中，第二反应阶段AED是不大于0.5米，或不大于1.0米，或不大于1.5米，或不大于2.0米，或不大于2.5米，或不大于3.0米，或不大于4.0米，或不大于5.0米。在再一些其它表现中，第二反应阶段AED是选自下列的任何合理的范围：至少0.3米，或至少0.5米，或至少0.7米，或至少1.0米，或至少1.5米，或至少2.0米，和不大于0.5米，或不大于1.0米，或不大于1.5米，或不大于2.0米，或不大于2.5米，或不大于3.0米，或不大于4.0米，或不大于5.0米。

本发明的一个方面包括它减少总反应区体积和因此减少为了确定该体积所需要的材料和相关的建造成本，同时在烃转化反应的操作过程中实现对所需产物的优异选择性的独特能力。因此在其它表现中，第一反应阶段和第二反应阶段的最高点，垂直于整平地面和从整平地面起测量的，是不大于120米，或不大于110米，或不大于100米，或不大于90米，或不大于80米，或不大于70米，或不大于60米，或不大于50米。在再一些其它表现中，第一反应阶段和第二反应阶段的最高点，垂直于整平地面和从整平地面起计算，是至少10米，或至少20米，或至少30米，或至少40米。在又一些其它表现中，第一反应阶段和第二反应阶段的最高点，垂直于整平地面和从整平地面起测量的，是选自下列的任何合理的范围：至少10米，或至少20米，或至少30米，或至少40米，和不大于120米，或不大于110米，或不大于100米，或不大于90米，或不大于80米，或不大于70米，或不大于60米，或不大于50米。在这些表现中，最高点是在垂直于整平地面和从整平地面起测量的第一反应阶段和第二反应阶段内的单个最高标高的值，与具有零标高的参照值的整平地面之间的高差。当然，上述实施方案的各个特征，技术参数和技术参数的合理范围的任何或全部的组合也是在本发明的范围内。

图2A给出了本发明的烃转化装置200的立剖面图。图2B给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线俯视图2A，集中于与反应区227有关的元件和省去分离装置278。为该装置提供气态或液态原料的原料导管203开口接合到底座206，该装置可以支撑在底座上。底座206和原料分布孔栅板212的底平面形成了原料接收器体积209，在操作中原料将容纳在其中。原料分布孔栅板212位于底座206之内，并且含有许多的尺寸明显小于孔栅板212的穿孔215。这些穿孔215是由在不同位置上孔栅板212材料的省去而形成，并用来让原料从原料接收器体积209中通入到该孔栅板212中。原料分布孔栅板212在与接收器体积209相反的一侧上提供均匀量的离开每一穿孔215的原料。

底座206开口接合到构成反应区221的总体的反应器壳218中，在其中将发生在原料和固体颗粒状催化剂之间的反应。反应区221是由第一反应阶段224和第二反应阶段227组成，区别在于前者具有比后者更大的AED，并用来让流过反应区227的原料、产物和其它气体在反应进行完成时具有增大的气体表观速度。反应器壳218的大部分是与垂直于整平地面方向有5度的角度的正(right)截头锥体(除了允许有催化剂入口的相对小的敞开表面外，在下面讨论)。

最低的原料入口230，原料经由该入口从原料分布孔栅板212的穿孔215的出口流出而进入到第一反应阶段224，被定义为开放的、横截表面，平行于整平地面，沿着原料分布孔栅板212的顶面形成(在图2A中在最低的原料入口230和原料分布孔栅板212的顶部之间的非常小的间隔仅仅为了说明目的而已)。为该装置提供固体颗粒状催化剂的催化剂入口导管233开口接合到反应器壳218，设置催化剂入口236作为第一反应阶段224的边界的另一部分，固体颗粒状催化剂经由该催化剂入口236从催化剂入口导管233流出而进入到第一反应阶段224中。

图2A-B进一步显示了分离装置278，它由分离元件239，242，245，和248，催化剂出口254和产物出口260组成。反应器壳218的一端与由终端容器壳242形成的终端体积239实现开口连通。位于终端体积239之内的是另一个分离元件，位于在反应器壳218的一端之上的板245用于突然地停止从反应器壳218的一端离开的催化剂的向上惯性运动。另一个分离元件，系列旋流分离器248，被提供来将仍然夹含在从终端体积239进入的气态物料中的催化剂的惯性运动改变为在筒内的向下螺旋运动。旋流分离器的设计与操作是本领域中的那些技术人员所已知的，参见例如美国专利No.5,518,695。在旋风分离器的操作中，气态反应产物和未反应的原料(如果有的话)沿着旋风分离器向上运动和从顶部流出，而催化剂沿着旋风分离器向下运动穿过在底部的竖管部分，进入到终端容器体积239中。

催化剂出口导管251，它携带催化剂离开该分离装置278，开口接合到终端容器壳242。催化剂出口254，催化剂可以经由该出口从该终端体积239中流出并进入催化剂出口导管251，是作为在终端容器壳242和催化剂出口导管251的会合处的敞开表面积而形成。进一步，产物出口导管257，它携带反应产物和可能未反应的原料离开该分离装置，开口接合到系列旋风分离器248的顶部。产物出口260，转化产物和可能未反应的原料可以经由该出口从系列旋风分离器248中流出并进入到产物出口导管257，是作为在系列旋风分离器248和产物出口导管257的会合处的敞开表面积而形成的。

产物出口导管257开口接合到送气壳(plenum shell)266。送气体积263是在接合到终端容器壳242的顶部时在送气壳266的边界内形成的。该送气壳266和送气体积263被提供来收集离开产物出口导管257的反应产物和可能未反应的原料，和引导该物料进入到二次产物出口导管269，后者在送气体积263的附近开口接合到终端容器壳242，被提供来输送反应产物和可能未反应的原料离开该装置。这一送气设计在当使用更多分离元件时的实施方案中是特别有用的，例如在下面讨论的图3A-C中所公开的那样，其中位于终端容器体积中的其它地方的另一组的系列旋流分离器接合到另一个产物出口导管。该产物出口导管可以全部开口接合到该送气系统，并且单个二次产物出口导管可用于携带产物离开该装置。

根据在图2A-B中例举的本发明的实施方案，第二物料通道272，固体颗粒状催化剂、转化产物和可能未反应的原料可以经由它从第二反应阶段227中流出和进入到终端体积239中，是作为在进入终端体积239中并与该终端体积239实现开口连通的反应器壳218的末端处形成的开放的、横截表面来构造的。反应区221的体积，它是第一反应阶段224和第二反应阶段227的体积的总和，是根据占优势的尺寸由几何计算方法确定的，沿着在最低的原料入口230和第二物料通道272之间的该装置的壁和在该壁之内走向。

现在参见图3A-C，图3A给出了本发明的烃转化装置300的立剖面图。图3B给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线俯视图3A，集中于与反应区314有关的元件并省去分离装置334。图3C也给出了该装置的部分横截面视图，沿着比图3B的线稍高的所指示的线来俯视图3A，集中于与反应区314有关的其它元件，该反应区314连接到分离装置334的一部分。

根据图3A-C，为该装置提供气态或液态原料的原料导管302开口接合到底座304，该装置可以部分地支撑在底座上。底座304和原料分布孔栅板306的底平面形成了接收器体积308，在该装置的操作过程中原料将容纳在其中。原料分布孔栅板306位于底座304之内，并且含有尺寸比孔栅板306小得多的许多穿孔310。这些穿孔310是通过不同位置上孔栅板306材料的去掉而形成的，并且被提供来让原料从原料接收器体积308中穿过原料分布孔栅板306。原料分布孔栅板306在与接收器体积308相反的一侧上提供均匀量的从每一穿孔310离开的原料。

底座304开口接合到构成了反应区314的总体的反应器壳312，在原料和固体颗粒状催化剂之间的反应将在其中发生。反应区314由第一反应阶段316和第二反应阶段318组成，区别在于前者具有比后者更大的AED，和用来让流过反应区314的原料、产物和其它气体在反应进行到完成时具有增大的表观气速。该反应器壳312由三个邻接的几何结构组成：正(right)截头锥体，立式圆筒和卧式圆筒。正截头锥体和立式圆筒在反应器壳312的底段中的某一点上开口接合。该立式和卧式圆筒具有基本上相同的直径，并且全部地和正(rightly)地交叉，和在反应器壳312的顶段中的某一点上开口接合。

最低的原料入口320，原料经过它从原料分布孔栅板306的穿孔310的出口流出而进入到第一反应阶段316，被确定为开放的、横截表面，平行于整平地面，沿着原料分布孔栅板306的顶面而形成(在图3A中在最低的原料入口320和原料分布孔栅板306的顶部之间的非常小的间隔仅仅是为了说明目的而已)。为该装置的第一反应区316提供固体颗粒状催化剂的催化剂入口导管322开口接合到反应器壳312，作为第一反应阶段316的边界的一部分构造为催化剂入口324，固体颗粒状催化剂经由它从催化剂入口导管322中流出而进入到第一反应阶段316中。

图3A-C进一步显示了分离装置334，它由分离元件328，330和332，催化剂出口338和产物出口342组成。反应器壳312的一端开口接合到终端容器壳328。终端容器壳328形成终端体积330；它们作为分离元件而提供。位于终端体积330之内的是更多的分离元件，两个系列旋流分离器332。携带催化剂离开该分离装置334的催化剂出口导管336开口接合到终端容器壳328。催化剂出口338，催化剂经由它从终端体积330流出和进入到催化剂出口导管336中，是作为在终端容器壳328和催化剂出口导管336的会合处的敞开表面积而形成的。此外，携带反应产物和可能未反应的原料离开该分离装置334的产物出口导管340开口接合到系列旋流分离器332的顶部。产物出口342，反应产物和可能未反应的原料将经由它从系列旋流分离器332中流出和进入到产物出口导管340，是作为在系列旋流分离器332和产物出口导管340的会合处的敞开表面而形成的。

在本发明的一个实施方案中，催化剂循环导管(催化剂流经它)被提供来让催化剂从分离装置中以流体输送到第一反应阶段。这一结构特征可以在某些反应系统中是有效的，其中进入分离装置的催化剂的至少一部分适合再用于第一反应区中，可能无需主要的催化剂改变步骤如再生，下面将讨论。催化剂循环导管可以为催化剂从分离装置运行到第一反应阶段中提供直接的通路，例如通过不接合到其它元件但是催化剂出口在一端和催化剂入口在另一端。另外地，催化剂循环导管可以开口接合到该装置的其它元件，为催化剂从分离装置到第一反应阶段的运行提供更复杂的通路，或通路的一部分。此类元件的例子包括，但不限于，控制催化剂通过催化剂循环导管的速率的控制阀，在催化剂进入第一反应阶段中之前改变催化剂的温度的热交换设备，和从催化剂循环导管和其它来源中收集催化剂并用于将合并的催化剂输送到第一反应阶段中的接收器体积。催化剂流过催化剂循环导管的原动力可以是重力，或随适当地引入到导管中的蒸气的引出，或适合为流过导管的催化剂提供原动力的任何其它方法。此外，辅助元件可以接合于催化剂循环导管，如仪表配置开关或探头，或供应流化气体或引出气体(本领域中的技术人员已知为“提升用气体”)以促进该催化剂在该导管内的运动的较小管道。

在图3A-C的实施方案中，催化剂流过的催化剂循环导管326具有接合到催化剂出口338的第一端催化剂出口导管336和接合到催化剂入口324的第二端催化剂入口导管322。催化剂循环导管326被提供来在催化剂出口338和第一反应阶段316之间实现流体连通。在这一实施方案中，催化剂循环导管326用来让催化剂从分离装置334直接流入到催化剂入口324中。

在图3A-C中描绘的实施方案中，产物出口导管340开口接合到送气系统344。送气体积346是在接合到终端容器壳328的顶部上的送气系统344的边界之内形成的。该送气系统344和送气体积346被提供来收集离开产物出口导管340的反应产物和可能未反应的原料，和引导该物料到普通的二次产物出口导管348中，后者用于输送反应产物和可能未反应的原料离开该装置。

第二物料通道350，固体颗粒状催化剂、转化产物和可能未反应的原料可以经由它从第二反应阶段318中流出和进入到分离装置334中，是作为在与终端容器328开口接合的反应器壳312的末端处形成的开放的、横截表面而形成的。反应区314的体积，它是第一反应阶段316和第二反应阶段318的体积的总和，是根据沿着在该最低的原料入口320与第二物料通道350之间的该装置的壁和在该壁之内走向的占优势的尺寸，由几何计算法确定的。

图4显示了与图3A中类似的实施方案，只是第一物料通道452的定位不同。这意味着第一反应阶段416和第二反应阶段418的体积、高度、长度和AED不同于在图3A中示出的那些。将图3A中的实施方案与图4中的对比，这说明了一个以上数值可以满足在同一装置上对于L2/AED2和AED1/AED2的数值要求。

在图5A-D中，图5A给出了本发明的烃转化装置500的立剖面图。图5B给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线来俯视图5A，集中于与反应区510有关的元件和省去分离装置520。图5C还给出了该装置部分横截面视图，沿着比图5B的线稍高的所指示线来俯视图5A，集中于与连接到分离装置520的一部分中的与反应区510有关的其它结构特征。图5D给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线正交方向观察图5A，集中于与反应区510有关的结构特征并省去分离装置520。

继续关注图5A-D，为该装置提供液态或气态原料的原料导管502穿过在底座504中的开口，该装置部分地支撑在该底座上。底座504和原料导管502形成了(环形)接收器体积506，其中固体颗粒状催化剂容纳在其中。接收器体积506被提供来让催化剂从低于原料导管502的顶端运动到接近该顶端，因此在该装置的操作过程中让离开原料导管502的流动原料带动催化剂随它一起上升。

底座504开口接合到构成反应区510的总体的反应器壳508，在原料和催化剂之间的反应可以在其中发生。反应区510是由第一反应阶段512和第二反应阶段514组成，区别在于前者具有比后者更大的AED，并用来让流过反应区510的原料、产物和其它气体在反应进行到完成时具有增大的气体表观速度。反应器壳508由四个邻接几何结构组成，从底部开始和向上运行：圆柱形体，正截头锥体，另一个圆柱形体和矩形管道。底部圆柱形体开口接合到该截头锥体的底部，该截头锥体的顶部开口接合到顶部圆柱形体的底部，和矩形管道开口接合到顶部圆柱形体的顶部附近。

最低的原料入口516，原料经由该入口从原料导管502的顶端流出而进入到第一反应阶段512，是作为开放的、横截表面来确定的，平行于整平地面，沿着原料导管502的顶端形成。催化剂入口518，固体颗粒状催化剂经由它从接收器体积506中流出而进入第一反应阶段512，被构造成与最低的原料入口516共面的开放的、环形横截表面，并且表示了第一反应阶段512的边界的一部分。

分离装置520由分离元件522，催化剂出口524和525，以及产物出口526组成，在现有技术中为技术人员已知为“密闭的旋风分离器”构型。“密闭的旋风分离器”是指旋风分离器开口接合到反应器壳，在这两个元件之间没有开放的体积(虽然可以有小的开口让它们相接合以使压力与它们的环境保持相等，如果旋风分离器和反应器壳相关区段被包围在较大体积容器中)。

在反应器壳508的顶部上的矩形管道区段开口接合到系列旋风分离器522上。携带催化剂离开分离装置520的第一催化剂出口导管528开口接合到系列旋风分离器522的第一阶段，和第一催化剂出口524(催化剂可以经由它从系列旋风分离器中流出而进入到第一催化剂出口导管528)是作为在系列旋风分离器522的第一阶段和第一催化剂出口导管528的会合处的敞开表面积来形成的。也携带催化剂离开分离装置520的第二催化剂出口导管530开口接合到系列旋风分离器522的第二阶段，和第二催化剂出口525(催化剂可以经由它从系列旋风分离器522中流出而进入到第二催化剂出口导管530)是作为在系列旋风分离器522的第二阶段和第二催化剂出口导管530的会合处的敞开表面积来形成的。此外，携带反应产物和可能未反应的原料离开该分离装置520的产物出口导管532开口接合到系列旋风分离器522的第二阶段。产物出口526，反应产物和可能未反应的原料将经由它从系列旋风分离器522中流出和进入到产物出口导管532，是作为在系列旋风分离器522和产物出口导管532的会合处的敞开表面而形成的。

第二物料通道534，固体颗粒状催化剂、转化产物和可能未反应的原料可以经由它从第二反应阶段514中流出和进入到分离装置520中，是作为在具有(与系列旋风分离器522的第一阶段开口接合的)矩形管道的反应器壳508的末端处形成的开放的、横截表面而形成的。反应区510的体积，它是第一反应阶段512和第二反应阶段514的体积的总和，是根据占优势的尺寸使用几何计算方法确定的，沿着在最低的原料入口516和第二物料通道534之间的该装置的壁和在该壁之内走向。

催化剂循环导管538(催化剂流过它)具有第一端，第一催化剂出口导管528，和开口接合到底座506上的第二端540。催化剂循环导管538被提供来在催化剂出口528和催化剂入口518之间实现流体连通。在这一实施方案中，有两个其它元件包括在催化剂的从第一催化剂出口524运行到催化剂入口518的通路中。第一是流量控制装置542，用于控制催化剂流过催化剂循环导管538的速率。第二元件是接收器体积506，如前面所讨论。催化剂流动控制设备的例子包括但不限于滑阀，柱塞阀和球阀，任选进一步包括机械化或液压的运动。

催化剂再生装置568在图5A中显示与烃反应装置500实现流体连通。该催化剂再生装置568由催化剂抽提塔542，催化剂再生器548和催化剂冷却器554组成。

第二催化剂出口导管530进一步提供了催化剂从分离装置520催化剂抽提塔542的流体连通。第二催化剂出口导管530开口接合到与催化剂抽提塔542的顶部接近的位置，并且在它的长度上配置了第一再生器流量控制装置544，用于控制催化剂从分离装置520流动到催化剂抽提塔542的速率。催化剂抽提塔542用于从抽提蒸气料流中的催化剂当中除去至少一部分的挥发分或夹含的可燃性物质，该蒸气料流将经由在催化剂抽提塔542的顶部附近所开口接合的导管离开。该抽提蒸气被提供来穿过在催化剂抽提塔542的底部附近开口接合的导管，并接触向下运行的催化剂，典型地通过使用为本领域中技术人员已知的质量转移增强设备如填料或塔盘。该催化剂然后离开该催化剂抽提塔542而穿过在催化剂抽提塔542的底部附近开口接合的第三催化剂导管546。第三催化剂导管546保证催化剂从催化剂抽提塔542到催化剂再生器548的流体连通，并在它的长度上配置第二再生器流量控制装置550，用于控制催化剂从催化剂抽提塔542流动到催化剂再生器548的速率。

在图5A中，催化剂再生器548被提供来为固体颗粒状催化剂恢复反应活性，该反应活性已经在烃转化装置500中的烃转化反应过程中丧失。催化剂再生器548开口接合到第四催化剂导管552，用于提供催化剂从催化剂再生器548到催化剂冷却器554的流体连通。催化剂冷却器554被提供来从来自催化剂再生器548的催化剂除去热量和降低该催化剂的温度。第五催化剂导管556提供了冷却的催化剂从催化剂冷却器554回到催化剂再生器548的流体连通，并且在它的长度上配置第三再生器流量控制装置558，用于控制催化剂从催化剂冷却器554和催化剂再生器548流动的速率。开口接合到第五催化剂导管556上的是提升用气体导管560，它提供提升用气体输送催化剂向上通过第五催化剂导管556和回到催化剂再生器548。第六催化剂导管562与第五催化剂导管556分离并开口接合到底座504。第六催化剂导管562提供了催化剂从催化剂冷却器554到接收器体积506的流体连通，并且在它的长度上配置第四再生器流量控制装置564，用于控制催化剂从催化剂冷却器554到接收器体积506的流动速率。

催化剂再生器548的设计可以包括再生气体入口导管，接收器体积和在催化剂再生器548的底部附近的分布孔栅板，和催化剂分离元件和在顶部附近的气体出口导管。在一些实施方案中，再生器被提供来用于在催化剂上存在的碳质沉积物的至少一部分的燃烧，和该催化剂冷却器将产生蒸汽。再生器和催化剂冷却器的例子可以在US专利No.4,595,567，No.4,615,992和No.4,780,195中见到。

还会认识到，在再生装置568的构型中的许多变化和它与烃反应装置500的联系都是可能的，且在本发明范围内。例如，该催化剂抽提塔542或该催化剂冷却器554，或两者，可以省去，假如仅仅有催化剂再生器548。类似地，它可用于从烃转化装置500中提供催化剂到再生装置568的任何部分中，或从再生装置568中提供催化剂到烃转化装置500的任何部分中。在未显示的实施方案中，在许多其它可能性之中，这可以包括催化剂导管，后者将催化剂从再生器装置直接供应到第一反应阶段穿过在接合到反应器壳的开口处的另一个催化剂入口，或经由开口接合被供应到催化剂循环导管，或由接合到终端容器壳的开口供应到终端容器体积。最后，在一个实施方案中，催化剂加热器，具有与催化剂冷却器非常相似的间接热转移装置设计，用于提高在其内部流动的催化剂的热含量。

由反应器壳和各种入口、通道和出口表面界定的第一或第二反应阶段的几何结构可以广泛地变化。在图1A的实施方案中，该几何结构是由矩形和正方形parallelapipeds组成。在图2A的实施方案中，该几何结构是由单个正平截圆锥体组成。在图3A、4和5A的实施方案中，该几何结构是由正平截圆锥体和正圆柱体组成。其它合适的几何形状包括，但不限于，三棱柱和平截棱锥体，矩形和正方形楔子和平截头棱锥体，以及五边、六边、七边和八边的棱形和它们的截头锥体，一般和正的(right)。其它非限制性实例包括各种多面体，如四面体，八面体，十二面体或二十面体，和圆锥形球和球心角体，以及呈现圆形、椭圆形或抛物线形的环形室(torus)和筒体，和它们的截头锥体，一般的和正的。确定第一或第二反应阶段的这些几何形状中的任何一种的重复存在也在本发明的装置的范围内。

净流的横截面积可以在本发明的装置的反应区中的任一点测定。净流指的是沿着在反应区内向着第二物料通道的路径移动的总体、整合的原料，产物和其它气流(与在特定位点的流动相反，由于湍流流动涡流或其它局部因素而可以在任何方向上前进)。净流的横截面积被定义为在与流过反应区(如果该装置在使用中)的原料、产物和任何其它气体的净流方向垂直的平面中在反应区内的实际横截面积。与平均等效横截面积不同，净流的横截面积是在反应区中的单个点测定的并且对于任何具体的几何结构都不标称化。相反地，它是根据在与特定点的净流垂直的平面中的横截面的准确几何结构的直接计算。此外，流过反应区(如果该装置在使用中)的原料、产物和任何其它气体的净流的方向的测定是本领域中技术人员熟知的直截了当的技术。例如，在图1A中，流过反应区109的原料、产物和任何其它气体的净流的方向是，在各点，垂直于整平地面向上。

在一个实施方案中，本发明具有比第一反应阶段的平均等效直径更小的平均等效直径的第二反应阶段。因此，该反应器壳，和因此所界定的反应区，和由此所界定的反应阶段的至少一个，将具有至少一个锥形元件，该元件在其几何结构中具有至少1.1度的锥形元件角度，当横穿它的长度时。锥形元件有助于使从最低的原料入口到第二物料通道移动的净流提供的横截面积得到减少，因此使从第一反应阶段到第二反应阶段的平均等效直径得到减少。具有1.0度或更少的锥形元件角度的反应区的一部分不足以在被认为是锥形元件的实际长度规模中改变净流的横截面积。(也不认为是扩大元件的指征，如下面更详细地讨论)。然而，除此以外，第一或第二反应阶段，或两者的锥形元件的几何结构可以在宽范围内变化，并包括以上在反应阶段的几何结构的讨论中指出的许多形状。

锥形元件角度在这里被定义为最小角度的值，它是从与整平地面垂直的和与在平行于整平地面的平面中构成的反应阶段横截面圆周(由反应器壳所确定)上的任何点相切的平面，到确定第一和第二反应阶段的反应器壳、原料入口或催化剂入口的内表面，来测量的。对于这一定义，锥形元件的角度不能降低到低于0度和不能超过90度。然而，在这里定义的锥形元件角度可以与锥形元件相关或可不与锥形元件相关。

迄今讨论的这些图提供了在这里称作“虹膜式光圈(irisdiaphragm)锥形元件”的具体类型的锥形元件的几个实例。“虹膜式光圈锥形元件”指以虹膜式光圈的方式从最低的原料入口到第二物料通道通过反应区的移动获得了反应区的净流的横截面积的减少，该方式有相似或逐渐改变形状的横截面圆周的突然或逐渐缩小，类似于眼睛或照相机的虹膜(光圈)的工作。

可用于本发明中的另一类型的锥形元件是“突然的几何结构变化的锥形元件”。“突然的几何结构变化的锥形元件”是指，除了净流的横截面积的减少之外，构成反应区的反应器壳的横截面圆周形状的突然变化。该突然的几何结构变化的锥形元件也可以体现特征于引起在流过反应区的原料、产物和任何其它气体的净流的方向上的变化，在这一情况下从垂直于整平地面向上到平行于整平地面向右。

应该指出，锥形元件为沿着该装置从最低的原料入口到第二物料通道移动的净流提供缩小的横截面积。对于图5A，垂直于整平地面的反应器壳508的正圆柱体部分的锥形元件角度是零度(与图3A中的反应器壳312的正圆柱体部分类似)，和因此反应区的这些部分不是锥形元件，因为它们不能为沿着该装置从最低的原料入口到第二物料通道移动的净流提供横截面积的减少。根据这里的定义，锥形元件必须具有至少1.1度的锥形元件角度。同样，对于图3A和4，会有与靠近第二物料通道350的反应区314的横向圆柱形部分有关的90度的锥形元件角度，但是因为横向圆柱形部分不会引起净流的横截面积的减少，所以它不是锥形元件。此外，对于图6A-C，如下面所详细讨论，对于靠近底座604的反应器壳610的正截头锥体部分有45度的锥形元件角度，但是因为该特殊的正截头锥体部分不会导致沿着该装置从最低的原料入口到第二物料通道移动的净流的横截面积的减少，所以它不是锥形元件。相反地，靠近底座604的反应器壳610的正截头锥体部分的45度的锥形元件角度会增大沿着该装置从最低的原料入口到第二物料通道移动的净流的横截面积，并且在这里被称作“扩大元件”。

也需要指出的是，为了使本发明的装置表征为具有一个以上的锥形元件，如以上对于在图5A中提供的实施方案所讨论，每一个必须被不属于锥形元件的反应区的一段所分开，即反应区的这样的一段：它不具有至少1.1度的锥形元件角度，或不改变根据这里的定义从最低的原料入口到第二物料通道移动的净流的横截面积。

在未显示的另一实施方案中，会有在这里称作“穿透构件(penetrating mass)锥形元件”的另一类型的锥形元件。“穿透构件”指穿过反应器壳的一部分或另外在位于该部分之内(例如从分离装置的一部分悬挂)，和因此与测定所构成的反应区的净流的几何结构、体积和横截面积有关的一些类型的构件(mass)。该穿透构件用于减少反应区的净流的给定横截面积(和因此一个或两个反应阶段的平均等效直径)，并且提高流动的原料或转化产物，或两者的表观气速，当它们从最低的原料入口流入产物出口时。如这里所定义，穿透构件锥形元件必须还确保在1米的反应器长度(如前面对于第一反应阶段或第二反应阶段所定义，视适合于穿透构件的定位而定)上净流的横截面积的至少0.7％的减少；任何较少都无法在认为是锥形元件的实际长度规模上提供足够的减少，虽然它仍然是在几何结构、体积和平均等效直径的计算中将要考虑的一个特征。穿透构件锥形元件的非限制性例子是管、挡板、或多层次结构(multiples)和它们的结合物，位于在最低的原料入口和第二物料通道之间的原料或转化产物的流动通路之中。穿透构件的几何结构和取向可以广泛地变化。

本发明的装置可以与具有一个或多个锥形元件的反应区，和以宽范围的锥形元件角度，在各种的特定位置中发挥作用。该选择是以与在该装置中进行的转化过程有关的因素为基础，下面将讨论。

用于本发明的装置中的锥形元件的数量能够是一个，两个，三个，四个，五个，六个或更多个。在本发明的装置中的锥形元件的定位能够是反应器壳的任何部分，和因此是所确定的反应区的任何部分，并以任何方式分配到第一反应阶段和第二反应阶段。单个锥形元件也可以位于其中而成为第一反应阶段和第二反应阶段的一部分。参见例如图1A，其中在第一物料通道148中见到90度的锥形元件角度的单个虹膜式光圈锥形元件；和参见图3A，其中在反应器壳312的底部附近具有30度的锥形元件角度的正平截圆锥体的单个虹膜式光圈锥形元件跨越第一物料通道352。另外地，该锥形元件能够仅仅存在于第一反应阶段中但不存在于第二反应阶段中，或仅仅存在于第二反应阶段中但不存在于第一反应阶段中。

对于锥形元件的定位，根据本发明的实施方案，至少一个锥形元件或它的部分是以高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在，该标高低于在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差的90％。在本文中的“它的部分”是指单个锥形元件的一些部分可以高于规定的标高或处于或低于标高，按照在对于给定的反应阶段有关的锥形元件的定位的前面段落中所述的方式。

本发明的装置的各种实施方案被认为，至少一个锥形元件或它的部分是以高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在，该标高不大于90％，或不大于85％，或不大于80％，或不大于70％，或不大于60％，或不大于50％，或不大于40％，或不大于30％，或不大于20％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。另一个实施方案被认为，至少一个锥形元件或它的部分是以高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在，该标高是至少5％，或至少10％，或至少15％，或至少20％，或至少25％，或至少30％，或至少40％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。再一些其它实施方案认为，至少一个锥形元件或它的部分是以选自下列的任何合理范围的高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在：至少5％，或至少10％，或至少15％，或至少20％，或至少25％，或至少30％，或至少40％；和不大于90％，或不大于85％，或不大于80％，或不大于70％，或不大于60％，或不大于50％，或不大于40％，或不大于30％，或不大于20％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。

本发明的装置的其它方面规定，仅仅一个锥形元件或它的部分是以高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在，该标高不大于90％，或不大于85％，或不大于80％，或不大于70％，或不大于60％，或不大于50％，或不大于40％，或不大于30％，或不大于20％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。再一个其它方面规定，仅仅一个锥形元件或它的部分是以高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在，该标高是至少5％，或至少10％，或至少15％，或至少20％，或至少25％，或至少30％，或至少40％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。再一些其它方面规定，仅仅一个锥形元件或它的部分是以选自下列的合理范围的高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在：至少5％，或至少10％，或至少15％，或至少20％，或至少25％，或至少30％，或至少40％，和不大于90％，或不大于85％，或不大于80％，或不大于70％，或不大于60％，或不大于50％，或不大于40％，或不大于30％，或不大于20％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。

本发明的某些实施方案规定任何和全部的锥形元件或它的部分是以高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在，该标高不大于90％，或不大于85％，或不大于80％，或不大于70％，或不大于60％，或不大于50％，或不大于40％，或不大于30％，或不大于20％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。再一些其它实施方案规定，任何和全部的锥形元件或它的部分是以高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在，该标高是至少5％，或至少10％，或至少15％，或至少20％，或至少25％，或至少30％，或至少40％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。再一些其它实施方案规定，任何和全部的锥形元件或它的部分是以选自下列的合理范围的高于最低的原料入口的最低点的一定标高存在：至少5％，或至少10％，或至少15％，或至少20％，或至少25％，或至少30％，或至少40％；和不大于90％，或不大于85％，或不大于80％，或不大于70％，或不大于60％，或不大于50％，或不大于40％，或不大于30％，或不大于20％的在最低的原料入口的最低点的标高和第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的高差。

在本发明的一个实施方案中，存在锥形元件。该锥形元件令人想望地具有至少1.2度，或至少1.5度，或至少2.0度，或至少3.0度，或至少5.0度，或至少7.0度，或至少10.0度，或至少15.0度，或至少20.0度的锥形元件角度。在又一些不同的实施方案中，将存在于至少一个锥形元件，后者具有不大于2.0度，或不大于4.0度，或不大于6.0度，或不大于8.0度，或不大于10.0度，或不大于15.0度，或不大于30.0度，或不大于60.0度，或不大于80.0度的锥形元件角度。在仍然一些不同的实施方案中，将存在于至少一个锥形元件，后者具有选自下列的任何合理范围的锥形元件角度：至少1.2度，或至少1.5度，或至少2.0度，或至少3.0度，或至少5.0度，或至少7.0度，或至少10.0度，或至少15.0度，或至少20.0度；和不大于2.0度，或不大于4.0度，或不大于6.0度，或不大于8.0度，或不大于10.0度，或不大于15.0度，或不大于30.0度，或不大于60.0度，或不大于80.0度。

锥形元件的具体数量、类型、几何结构和位置以及在本发明的装置中存在的锥形元件角度的数值或数值范围可受到许多因素影响。这些包括在每一反应阶段中和穿过锥形元件或具有锥形元件角度的反应阶段的部分的气体和固体的预定流体动力学流动特性，用于该装置中的催化剂、原料和反应物的性质，其中包括占优势的反应化学过程和动力学，例如，消耗所需产物(一旦形成)的二次反应的速率。对于锥形元件的位置，具有高的不希望有的二次反应的速率的反应系统可以发现较低位置更有用，因为，与其它因素如想望的平均等效直径一起考虑，它们保证了更高的第二反应阶段体积。另外地，具有较低的不希望有的二次反应的速率的反应系统可以发现较高的位置更有用。对于在任何给定的位置存在的锥形元件的数目，应该连同其它因素一道，考虑在反应区的每一部分中所预计的流体动力学流动状态的性质，以及反应化学计量，例如，如果直接了当地理解和控制在大多数条件下反应系统的流体动力学流动特性，则增多数量的锥形元件是有用的。另一方面，如果反应体系的流体动力学是复杂的和对很多因素敏感，则较小数量的锥形元件可用于更好地控制该系统。在考虑反应化学计量时，其中随着反应程度的提高而物质的摩尔数下降的系统可以发现更高数量的锥形元件更有用，而反应物的摩尔数增加的系统可以发现较低数量的锥形原料是更有用的。

在锥形元件的具体数量、类型、几何结构和位置，以及在本发明的装置中存在的锥形元件角度的数值或数值范围的选择中的另一个特殊的考虑是所用催化剂的磨碎或硬度特性，和由锥形元件的给定选择所引起的所想望的磨碎程度。又一个特殊的考虑是与该装置的结构的所需材料相结合使用的该磨碎或硬度特性，以及结构(当使用时)的那些材料的可接受的腐蚀程度。对于上述特殊的考虑，锥形元件角度的较小数值和数值范围是更有用的，例如，不大于45度，或不大于30度，或不大于15度，或不大于10度，或不大于7度。一个其它特殊的考虑可以是表征和控制在反应阶段中气体和固体的流体动力学流动状态的能力。对于该特殊的考虑，一般说来，更大的锥形元件角度是更有用的，因为它们能够更突然地改变穿过该装置(当使用时)的气体流速，例如至少10度，或至少20度，或至少30度，或至少45度。也对于该考虑，正等角锥形元件是有用的，因为它们倾向于引起跨越第一或第二反应阶段的任何给定横截面的流动特性变成类似的。正等角锥形元件包括圆锥体和三角形、矩形和正方形棱锥的正平截体，尤其，在沿着反应阶段的给定横截面圆周的全部点上具有相同的锥形元件角度。

确定尤其如何选择、设计和定位穿透构件，或穿透构件锥形元件的因素是它的目的，即这样的考虑：如果希望使横截面积减少，或如果偶然为了不是横截面积减少的其它不同目的。例如，该穿透构件可以主要地作为早已讨论的入口或辅助元件来提供，例如，二级原料入口，流化气体导管或仪表配置探头，和因此仍然地一种锥形元件可以经过构型设计以最大程度减少在反应区的任何部分中的给定横截面积的任何变化，而不是锥形元件。在另一个实例中，该穿透构件锥形元件可以是一系列热交换管，它们的一致目的是为了从反应区中除去热量和因此被设计来增强在更接近第二物料通道(与它接近该最低的原料入口相比)的位置上的热传递特征。类似的考虑是将确定如何选择、设计和定位突然的几何结构变化的锥形元件。例如，突然的几何结构变化主要地为了制造条件更有助于进入分离装置中，和因此经过构型设计改变净流方向以及接近第二物料通道的速度。

当然，本领域中技术人员会认识到，上述实施方案的关系到锥形元件的具体数量、类型、几何结构和位置的任何或所有特征和范围，和锥形元件角度的数值或数值范围，的结合也是在本发明的装置范围内。此外，普通技术人员会理解到，上述实施方案的关系到锥形元件的具体数量、类型、几何结构和位置的任何或所有特征和范围，与锥形元件角度的数值或数值范围的结合，连同任何或全部的前面指出的结构特征和有关结构特征和其它元件的范围一起，也是在本发明的装置范围内。

现在参见图6A-C，图6A给出了本发明的烃转化装置600的立剖面图。图6B给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线俯视图6A，集中于与反应器壳610的上部有关的元件，和省去分离装置621。图6C也给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线(低于图6B所指示的线)俯视图6A，集中于与反应器壳610的较低部分有关的元件。

在图6A-C中，为该装置提供液态或气态原料的两个原料导管602穿过在底座604中的开口，用于形成(部分圆锥形)接收器体积606，固体颗粒状催化剂可以容纳在其中。原料导管602是呈现45度的角度的具有保留在反应区612的较低部分中的开口端的正圆柱体。为接收器体积606提供固体颗粒状催化剂的催化剂入口导管608用于输送催化剂到原料导管602的开放端的最低点，因此在装置的操作过程中让离开原料导管602的流动原料带动催化剂一起向上运动。底座604开口接合到构成反应区612的总体的反应器壳610，在原料和催化剂之间的反应可以在其中发生。反应区612是由第一反应阶段614和第二反应阶段616组成，区别在于前者具有比后者更大的AED，并用来让流过反应区612的原料、产物和其它气体在反应程度提高时具有增大的气体表观速度。该反应器壳610是由从底部开始和向上运行的六个邻接的、开口接合的几何结构组成：底座在顶部的圆锥体的正平截体，正圆柱体，底座在底部的圆锥体的正平截体，另一个正圆柱体，两个短而直的矩形管道和两个弯曲的矩形管道。需要指出，包括曲管作为反应器壳的一部分的较短管道的构型在这里称作“羊角状杓兰(ram′shead)”。“羊角状杓兰”的另一个例子能够在前面提及的US专利No.6,166,282中找到。

最低的原料入口618，原料经由该入口从原料导管602的最低的开放端流出而进入到第一反应阶段614，是作为开放的、横截表面来确定的，平行于整平地面，沿着原料导管602的最低的开放端形成。在这一实施方案中，催化剂入口620，固体颗粒状催化剂经由它从接收器体积606中流出而进入第一反应阶段614，被构造成与最低的原料入口618共面的开放的、横截表面，并且代表了第一反应阶段614的边界的一部分。

图6A进一步显示了分离装置621，它由分离元件622，624，626和628，催化剂出口630和产物出口632组成。反应器壳610的“羊角状杓兰”末端与由终端容器壳624构成的终端体积626实现开放式连通。用终端体积626确定的是圆柱形体622，在两端开放，包围该羊角状杓兰。在操作中，离开该羊角状杓兰的催化剂与圆柱形体622的内部圆周相切地撞上圆柱形体622，而羊角状杓兰构型和圆柱形体622的结合将类似地作用于旋风分离器，如前面所讨论。更多普通的系列旋流分离器628作为另一个分离元件而提供。

携带催化剂离开该分离装置621的催化剂出口导管634开口接合到终端容器壳624。催化剂出口630，催化剂经由它从终端体积626流出和进入到催化剂出口导管634中，是作为在终端容器壳624和催化剂出口导管634的会合处的敞开表面积而形成的。此外，携带反应产物和可能未转化的原料离开该分离装置621的产物出口导管636开口接合到系列旋流分离器628的顶部。产物出口632，反应产物和可能未反应的原料将经由它从系列旋流分离器628中流出和进入到产物出口导管636，是作为在系列旋流分离器628和产物出口导管636的会合处的敞开表面而形成的。产物出口导管636开口接合到送气系统638。送气体积640是在接合到终端容器壳624的顶部上的送气系统638的边界之内形成的。该送气系统638和送气体积640用于收集离开产物出口导管636的反应产物和可能未反应的原料，和引导该物料到普通的二次产物出口导管642中，后者用于输送反应产物和可能未反应的原料离开该装置。

第二物料通道644，固体颗粒状催化剂、转化产物和可能未反应的原料可以经由它从第二反应阶段616中流出和进入到分离装置621中，是作为在与终端容器体积626开口连通的反应器壳610的顶部上的羊角状杓兰的开放末端处形成的开放的、横截表面来确定的。反应区612的体积，它是第一反应阶段614和第二反应阶段616的体积的总和，是根据占优势的尺寸使用几何计算方法确定的，该尺寸沿着在最低的原料入口618和第二物料通道644之间的该装置的壁和在该壁之内走向。应该指出，在测定反应区612的总体积时，在原料导管602和以上最低的原料入口618之内的体积被省略。这是因为在操作过程中，从原料导管602出来的原料的流动具有足够的力量阻止催化剂进入到在原料导管602之内的体积中，和反应不在其中发生。

在图7A-C中，图7A显示了本发明的烃转化装置700的立剖面图。图7B给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线俯视图7A，集中于与反应器壳706的上部有关的元件，和省去分离装置721。图7C也给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线(低于图7B所指示的线)俯视图7A，集中于与反应器壳706的较低部分有关的元件。

对于图7A，在反应器壳中显示虚线。然而应该理解，该装置使用事实上无间断的实线(表示)的反应器壳。

在图7A-C的实施方案中，为该装置提供至少部分呈气态的原料的小型原料导管702开口接合到环形室704的半圆形区段的底部。在这一实施方案中，小型原料导管702被设计来为该装置提供仅仅少量(相对于被提供到该装置中的总量)的原料，和还用作流化气体导管，后者在该装置在使用中时提供气体(在这种情况下，是原料本身)来流化可能停留在环形室704的半圆形区段附近的催化剂。这一特殊的实施方案可以减少另外典型地用作流化气体的有用之物例如蒸汽或氮气的成本。

直接在小型原料导管702之上并在其左侧的环形室704的半圆形区段的那一部分是构成反应区708的总体的反应器壳706的一部分，在其中将发生在原料和固体颗粒状催化剂之间的反应。直接在小型原料导管702右侧的环形室704的半圆形区段的那一部分是催化剂入口导管710，它为反应区708提供固体颗粒状催化剂(在这一实施方案中，反应区708的该特殊部分由直接在小型原料导管702之上并在其左侧的环形室704的半圆形区段的该部分所界定)。为该装置提供液态或气态原料的两个主要的原料导管712穿过在反应器壳706内的开口并伸入到反应区708中。

反应区708是由第一反应阶段714和第二反应阶段716组成，区别在于前者具有比后者更大的AED，并用来让流过反应区708的原料、产物和其它气体在反应程度提高时具有增大的气体表观速度。该反应器壳706，和因此所形成的反应区708，是由从底部开始和向上运行的8个邻接的、开口接合的几何结构组成：环形室的四分之一段；短的正圆柱体；底座在顶部的正平截圆锥体(它的体积必须扣除该伸出的主要原料导管712)；较长的正圆柱体；底座在底部的另一个正平截圆锥体；又一个较长的正圆柱体；和两个直的矩形管道和两个弯曲的矩形管道。该短的、直的和矩形的管道构型是前面详细讨论的“羊角状杓兰”的另一个例子。

最低的原料入口718，原料经由该入口从小型原料导管702中流入到第一反应阶段714，是作为开放的、横截表面来确定的，平行于整平地面，在小型原料导管702与反应器壳706的开口接头处形成。在这一实施方案，催化剂入口720(固体颗粒状催化剂经由它从催化剂入口导管710中流入到第一反应阶段714中)是在小型原料导管702和催化剂入口导管710接合(在这一情况下，在沿着与该页面垂直的垂直面的环形室之内)的位点处构造成开放的、最小面积的、横截表面。小型原料导管702和催化剂入口导管710接合的位点是催化剂能够接触到原料的第一位点，和因此催化剂入口720代表了第一反应阶段714的边界的一部分。

图7A进一步显示了分离装置721，它由分离元件722，724，726和728，催化剂出口730和731，和产物出口732组成。反应器壳706的“羊角状杓兰”末端与由终端容器壳724构成的终端体积726实现开放式连通。位于终端体积726内部的是圆柱形体722，在两端开放，包围该羊角状杓兰。在操作中，离开该羊角状杓兰的催化剂与圆柱形体722的内部圆周相切地撞上圆柱形体722，而羊角状杓兰构型和圆柱形体722的结合将类似地作用于旋风分离器，如前面所讨论。更多普通的系列旋流分离器728作为另一个分离元件而提供。

携带催化剂离开该分离装置721的第一催化剂出口导管734开口接合到终端容器壳724。第一催化剂出口730，催化剂经由它从终端体积726流出和进入到第一催化剂出口导管734中，是作为在终端容器壳724和催化剂出口导管734的会合处的敞开表面积而形成的。携带催化剂离开该分离装置721的第二催化剂出口导管735开口接合到终端容器壳724。第二催化剂出口731，催化剂经由它从终端体积726流出和进入到第二催化剂出口导管735中，是作为在终端容器壳724和第二催化剂出口导管735的会合处的敞开表面积而形成的。

携带反应产物和可能未转化的原料离开该分离装置721的产物出口导管736开口接合到系列旋流分离器728的顶部。产物出口732，反应产物和可能未反应的原料将经由它从系列旋流分离器728中流出和进入到产物出口导管736，是作为在系列旋流分离器728和产物出口导管736的会合处的敞开表面而形成的。产物出口导管736开口接合到送气系统738。送气体积740是在接合到终端容器壳724的顶部上的送气系统738的边界之内形成的。该送气系统738和送气体积740用于收集离开产物出口导管736的反应产物和可能未反应的原料，和引导该物料到普通的二次产物出口导管742中，后者用于输送反应产物和可能未反应的原料离开该装置。

第二物料通道744，固体颗粒状催化剂、转化产物和可能未反应的原料可以经由它从第二反应阶段716中流出和进入到分离装置721中，是作为在与终端容器体积726开口连通的反应器壳706的顶部上的羊角状杓兰的开放末端处形成的开放的、横截表面来确定的。反应区708的体积，它是第一反应阶段714和第二反应阶段716的体积的总和，是根据占优势的尺寸使用几何计算方法确定的，该尺寸沿着在最低的原料入口718和第二物料通道744之间的该装置的壁和在该壁之内走向。应该指出，在测定反应区708的总体积时，在原料导管712之内的体积被省略。这是因为在操作过程中，从原料导管712出来的原料的流动具有足够的力量阻止催化剂进入到在原料导管712之内的体积中，和反应不在其中发生。

图7A-C的实施方案进一步包括固体颗粒状催化剂流过的催化剂循环导管747，它具有第一端，第一催化剂出口导管734，和第二端，催化剂入口导管710。催化剂循环导管747被提供来在第一催化剂出口730和催化剂入口720之间实现流体连通。在这一实施方案中，有三个其它元件包括在催化剂的从第一催化剂出口730运行到催化剂入口720的通路中。第一个是第一流量控制装置748，用来控制经由催化剂出口730离开终端体积726和进入第一催化剂冷却器752中的催化剂的流动速率。第二个是第二流量控制装置750，用来控制离开第一催化剂冷却器752和经由催化剂入口720进入到第一反应阶段714中的催化剂的流动速率。第三个是第一催化剂冷却器752，用于从第一催化剂出口730运行到催化剂入口720的催化剂之中除去热量。

也包括在图7A-C的实施方案之中的是进一步包括与烃反应装置700实现流体连通的任选的、联合的催化剂再生装置754的一个实施方案。该催化剂再生装置754包括催化剂抽提塔756，催化剂再生器758，和第二催化剂冷却器760。

示于图7A中的第二催化剂出口导管735进一步提供了催化剂从分离装置721经由第二催化剂出口731到催化剂抽提塔756的流体连通。第二催化剂出口导管735开口接合到与催化剂抽提塔756的顶部接近的位置，并且在它的长度上配置了第一再生器流量控制装置762，用于控制催化剂从分离装置721流动到催化剂抽提塔756的速率。催化剂抽提塔756用于从抽提蒸汽料流中的催化剂当中除去至少一部分的挥发分或夹含的可燃性物质，该蒸汽料流将经由在催化剂抽提塔756的顶部附近所开口接合的导管离开。该抽提蒸气被提供来穿过在催化剂抽提塔756的底部附近开口接合的导管，并接触向下运行的催化剂，典型地通过使用为本领域中技术人员已知的质量转移增强设备如填料或塔盘。该催化剂然后离开该催化剂抽提塔756而穿过在催化剂抽提塔756的底部附近开口接合的第三催化剂导管764。第三催化剂导管764保证催化剂从催化剂抽提塔756到催化剂再生器758的流体连通，并在它的长度上配置第二再生器流量控制装置766，用于控制催化剂从催化剂抽提塔756流动到催化剂再生器758的速率。

催化剂再生器758用来为固体颗粒状催化剂恢复反应活性，该反应活性可能已经在烃转化装置700中的烃转化反应过程中丧失。催化剂再生器758开口接合到第四催化剂导管768，用于提供催化剂从催化剂再生器758到第二催化剂冷却器760的流体连通。第二催化剂冷却器760被提供来从来自催化剂再生器758的催化剂除去热量和降低该催化剂的温度。第五催化剂导管770提供了冷却了的催化剂从催化剂冷却器760回到催化剂再生器758的流体连通，并且在它的长度上配置第三再生器流量控制装置772，用于控制催化剂从催化剂冷却器760到催化剂再生器758流动的速率。开口接合到第五催化剂导管770上的是提升用气体导管774，它提供提升用气体输送催化剂向上通过第五催化剂导管770和回到催化剂再生器758。第六催化剂导管776与第五催化剂导管770分离并开口接合到终端容器724。第六催化剂导管776提供了催化剂从催化剂冷却器760到终端体积726的流体连通，并且在它的长度上配置第四再生器流量控制装置778，用于控制催化剂从催化剂冷却器760到终端体积726的流动速率。开口接合到第六催化剂导管776上的是提升用气体导管780，它提供提升用气体输送催化剂向上通过第六催化剂导管776和进入到终端体积726。

图8显示了与在图3A的实施方案类似的另一个实施方案，只是反应器壳812的一部分向下延伸到该截头圆锥形区段中。然而，包括在反应区814之中的第一物料通道852的定位，第一反应阶段816和第二反应阶段818的体积、高度、长度和AED，基本上与在图3A中所示的那些相同。将图3A中的实施方案与图8中的对比，这说明了一种以上类型的反应器壳构型可以提供各种通道的相同几何结构和L2/AED2和AED1/AED2的相同数值结果。

在图9A-D中，图9A给出了本发明的烃转化装置900的立剖面图。图9B给出该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线俯视图9A，集中于与反应区914有关的元件并省去分离装置934。图9C也给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线(稍高于图9B的所指示线)来俯视图9A，集中于与连接到分离装置934的一部分中的与反应区914有关的其它结构特征。图9D给出了该装置的部分横截面视图，沿着所指示的线正交方向观察图9A，集中于与反应区914和分离装置934有关的结构特征。

为该装置提供气态或液态原料的原料导管902开口接合到底座904，该装置可以部分地支撑在底座上。底座904和原料分布孔栅板906的底平面形成了接收器体积908，在该装置的操作中原料将容纳在其中。原料分布孔栅板906位于底座904之内，并且含有尺寸比孔栅板906小得多的许多穿孔910。这些穿孔910是通过不同位置上孔栅板906材料的去掉而形成的，并且用来让原料从原料接收器体积908中穿过原料分布孔栅板906。原料分布孔栅板906在与接收器体积908相反的一侧上提供均匀量的从每一穿孔910离开的原料。

底座904开口接合到构成了反应区914的总体的反应器壳912，在其中将发生在原料和固体颗粒状催化剂之间的反应。反应区914由第一反应阶段916和第二反应阶段918组成，区别在于前者具有比后者更大的AED，和用来让流过反应区914的原料、产物和其它气体在反应进行到完成时具有增大的表观气速。该反应器壳912由串联和并联的多个邻接几何结构组成：底部立式圆筒，球形部分和四个平行立式圆筒。接近反应器壳912的底段，底部圆筒的顶部和球形部分的底座开口式接合。也在接近反应器壳912的底段，球形部分的顶面和四个平行圆筒的底座开口式接合(只是与较小的圆筒开口接合，球形部分的顶面是实心的以提供反应区914的空间)。

最低的原料入口920，原料经过它从原料分布孔栅板906的穿孔910的出口流出而进入到第一反应阶段916，被确定为开放的、横截表面，平行于整平地面，沿着原料分布孔栅板906的顶面而形成(在图9A中在最低的原料入口920和原料分布孔栅板906的顶部之间的非常小的间隔仅仅是为了说明目的而已)。为该装置的第一反应区916提供固体颗粒状催化剂的催化剂入口导管922开口接合到反应器壳912，作为第一反应阶段916的边界的一部分构造为催化剂入口924，固体颗粒状催化剂经由它从催化剂入口导管922中流出而进入到第一反应阶段916中。

图9A进一步显示了分离装置934，它由分离元件928，929，930和932，催化剂出口938和产物出口942组成。接近反应器壳912的顶部的四个平行圆筒的每一个的开口接合到开放的、弯曲矩形管道929。开放的、弯曲矩形管道929是前面讨论的“羊角状杓兰”的变型，但是因为该管道一端是开放的(底部)，它为气体与固体分离提供了一种途径并被认为是分离元件而不是反应器壳的一部分(在羊角状杓兰的较早叙述中就是这种情况)。该开放的、弯曲矩形管道929延伸到由终端容器壳928形成的终端体积930；它们也作为分离元件来提供。位于终端体积930之内的是更多的分离元件，两个系列旋流分离器932。携带催化剂离开该分离装置934的催化剂出口导管936开口接合到终端容器壳928。催化剂出口938，催化剂经由它从终端体积930流出和进入到催化剂出口导管936中，是作为在终端容器壳928和催化剂出口导管936的会合处的敞开表面积而形成的。此外，携带反应产物和可能未反应的原料离开该分离装置934的产物出口导管940开口接合到系列旋流分离器932的顶部。产物出口942，反应产物和可能未反应的原料将经由它从系列旋流分离器932中流出和进入到产物出口导管940，是作为在系列旋流分离器932和产物出口导管940的会合处的敞开表面而形成的。

催化剂循环导管926(催化剂流过它)具有第一端，接合到催化剂出口938中的催化剂出口导管936，和第二端，接合到催化剂入口924的催化剂入口导管922。催化剂循环导管926被提供来在催化剂出口938和第一反应阶段916之间实现流体连通。在这一实施方案中，催化剂循环导管926在其内部设置流量控制装置927，它用于控制催化剂从分离装置934流动到催化剂入口924的速率。

产物出口导管940开口接合到送气系统944。送气体积946是在接合到终端容器壳928的顶部上的送气系统944的边界之内形成的。该送气系统944和送气体积946用于收集离开产物出口导管940的反应产物和可能未反应的原料，和引导该物料到普通的二次产物出口导管948中，后者用于输送反应产物和可能未反应的原料离开该装置。

四个第二物料通道950，固体颗粒状催化剂、转化产物和可能未反应的原料可以经由它从第二反应阶段918中流出和进入到分离装置934中，被构造成在与终端容器体积930开口连通的反应器壳912的顶部附近的四个圆筒的每一个的末端处形成的开放的、横截表面。反应区914的体积，它是第一反应阶段916和第二反应阶段918的体积的总和，是根据占优势的尺寸使用几何计算方法确定的，该尺寸沿着在最低的原料入口920到第二物料通道950之间的该装置的壁和在该壁之内走向。

在图9A-D中给出的该实施方案说明，本发明的一个实施方案包括由多个独立元件组成的给定反应阶段。该实施方案的体积是通过简单地合并每一独立元件的体积来测定。

本发明的装置的部件和元件可以由各种材料制造，其中包括金属，金属的合金和耐火材料。金属可以包括各种类型的钢，其中包括碳钢和许多类型的不锈钢，和更多的稀有合金如哈斯特洛伊耐蚀镍基合金，尼孟镍合金和铬镍铁合金，这些为本领域中技术人员所熟知。耐火材料包括诸如粘土或硅砖之类的制品，也是本领域中技术人员所熟知。同时，本发明的壳或导管可以由按照通常用于流化床反应器应用中的构型的内部衬有耐火材料的金属外层构成，和任何元件或部件可以进一步被石油和化学过程工业中广泛采用的绝热材料所包围。无论如何，对于本发明的装置，正是该壳的内表面(它可以是单种或复合材料或层)形成了测定由该壳确定的各种体积、阶段和区段的基础，按照在这里提供的定义。

本发明的一个方面涉及进行烃转化反应的方法。本领域中技术人员会认识到，本发明的装置的任何实施方案，在进行烃转化反应时，一般与在这里公开的任何实施方案类似地发挥作用。

本发明的方法的一个例子是针对在图7A-C中所示的装置给出的。该装置700填充了合适量的适合于进行所需的烃转化反应的固体颗粒状催化剂。固体颗粒状催化剂应该是可流体化的颗粒，一般体现特征于具有Geldart A或B的尺寸，虽然其它尺寸也可以发挥作用。固体颗粒状催化剂的至少一部分是在第一反应阶段714中。为了引发该烃转化反应和导致在第一反应阶段714内的固体颗粒状催化剂流化，至少部分地是蒸气的原料经由小型原料导管702穿过最低的原料入口718，和经由主要的原料导管712被引入。在一种操作模式中，类似体积和量的原料被引入到主要的原料导管当中的每一个中以促进在第一反应阶段714内的流体动力学对称。将类似体积和量的原料引入到一个以上的原料入口(它们用于形成该最低的原料入口或共同承担该最低的原料入口的形成)中是本发明方法的一个实施方案。“类似的”是指对于体积而言不超过10％的差异(摩尔/小时)，和对于质量而言不超过10％的差异(蒸气含量)。在反应区708内的条件如温度、压力和WHSV是使用所选择的固体颗粒状催化剂有效地将所选择的原料转化成所需产物的那些条件。

本发明的方法的一个方面需要将全部的原料引入到第一反应阶段中。其它方面需要将全部原料的至少90wt％，或至少80wt％，或至少75wt％引入到第一反应阶段中。另一个表现包括将全部的原料通过最低的原料入口引入。其它表现包括将通过最低的原料入口引入的全部原料的至少90wt％，或至少80wt％，或至少75wt％引入。牵涉到该最低的原料入口的这些表现在不是图7A中所示的实施方案中进行得最好，其中通过小型原料导管702引入全部原料会干扰固体颗粒状催化剂穿过催化剂入口720的流动。

一旦固体颗粒状催化剂已经在第一反应阶段714内达到了可接受的流化状态，该流动的蒸气将输送包括第一剩余烃原料(提供到第一反应阶段中的原料的未反应的部分)、固体颗粒状催化剂和第一烃转化产物(由提供到第一反应阶段中的原料的一部分发生转化所产生)的第一料流离开该最低的原料(入口)和穿过第一物料通道746进入第二反应阶段716。

在第二反应阶段716中，该烃转化反应继续进行。该流动的蒸气将输送包括第二烃转化产物(由提供到第二反应阶段中的原料的至少一部分的转化所产生，不论来自第一反应阶段还是来自另一个原料入口)，固体颗粒状催化剂，和任选的第二剩余烃原料(提供到第二反应阶段中的原料的未反应的部分)的第二料流离开第一物料通道746，穿过第二物料通道744和进入分离装置721。

当流动的蒸气通过反应区708走向第二物料通道时气体表观速度将随着提高原料的转化程度而提高，归因于该反应器壳706的区段(形成反应区708)，它是10度的正平截圆锥体的虹膜式光圈锥形元件。随着原料、反应产物和固体颗粒状催化剂通过第一反应阶段714，通过第一物料通道746和穿过第二反应阶段716进入第二物料通道744，气体表观速度的提高可用于当反应程度提高时使得更接近活塞流行为。

在本发明的方法的一个实施方案中，第一反应阶段具有比第二反应阶段的平均气体表观速度更高的平均气体表观速度。在这一实施方案中，尽管气体表观速度可以在反应区中的所有点上是不同的，尤其如果该烃转化反应具有其中产物的摩尔数不同于反应物的摩尔数的一种化学计量，或在反应区的几何结构上有许多变化，则在第二反应阶段中的平均气体表观速度高于在第一反应阶段中的平均气体表观速度。如这里所定义，给定的反应阶段的平均气体表观速度是提供到整个反应区中的原料和稀释剂(如果有的话)的体积流速除以给定的反应阶段的平均等效横截面积。原料和稀释剂(如果有的话)的体积流速应该使用被提供到整个反应区中的所有原料和稀释剂(如果有的话)的合计(速率平均)组成，和在进行烃转化反应的同时在反应区内测得的温度和压力来测定，假设全部的原料和稀释剂是气态的。如果在反应区内有温度和压力的许多值，例如，计算或测量是为了在进行烃转化反应的同时在反应区内的多个点提供更详细的信息，则使用在这些数值当中的单个最高温度和单个最低压力。

此外，如在这里所使用，气体表观速度是在反应区内的任何特定的位点上，根据在反应区的该特定位点上原料、产物和稀释剂(如果有的话)的实际体积流速除以净流的横截面积来测定的。原料、产物和稀释剂(如果有的话)的实际体积流速是在该特定位点上在占优势的温度、压力、组成和状态下测定的。尽管在反应器中的任何位点上测定气体表观速度的方法为大家所熟知的，但是这里定义的平均气体表观速度典型地是在设计本发明的烃转化装置和使用它来进行烃转化反应时需要测定的更直接了当的值。

在本发明的一个实施方案中，第一反应阶段在操作时要求具有至少0.5米/秒的平均气体表观速度。在这一数值下，流过第一反应阶段的蒸气可以提供穿过第一物料通道的固体颗粒状催化剂的更稳定的、被夹带的流动；夹带的固体颗粒状催化剂的稳定性和速率会随着平均气体表观速度提高而提高。在其它实施方案中，第一反应阶段具有至少0.6米/秒，或至少0.8米/秒的平均气体表观速度。

在本发明的另一个实施方案中，蒸气和催化剂以大于1.0米/秒，或至少1.5米/秒，或至少2.0米/秒，或至少3.0米/秒，或至少4.0米/秒，或至少4.5米/秒，或至少5.0米/秒，或至少7.0米/秒的平均气体表观速度流过第一反应阶段。在本发明的方法的另一个实施方案中，第一反应阶段的平均气体表观速度不大于10.0米/秒。高于这一数值，第一反应阶段也许具有低于希望的流体动力学流动特性。在再一个其它实施方案中，第一反应阶段具有不大于2.0米/秒，或不大于3.0米/秒，或不大于5.0米/秒，或不大于7.0米/秒，或不大于9.0米/秒的平均气体表观速度。在再一些其它实施方案中，第一反应阶段具有选自下列的任何合理范围的平均气体表观速度：至少0.5米/秒，至少0.6米/秒，或至少0.8米/秒，或至少1.0米/秒，或至少1.5米/秒，或至少2.0米/秒，或至少3.0米/秒，或至少4.0米/秒，或至少4.5米/秒，或至少5.0米/秒，或至少7.0米/秒；和不大于1.0米/秒，或不大于2.0米/秒，或不大于3.0米/秒，或不大于5.0米/秒，或不大于7.0米/秒，或不大于9.0米/秒，或不大于10.0米/秒。

本发明的方法的另一个方面维持第二反应阶段具有至少1.0米/秒的平均气体表观速度。在这一数值下，流过第二反应阶段的蒸气使得更接近活塞流行为，尤其高于某些第二反应阶段AED，例如，在或高于0.9米；随着平均气体表观速度提高该接近程度会增加。

其它方面保持该第二反应阶段具有至少2.0米/秒，或至少3.0米/秒，或至少4.0米/秒，或至少4.5米/秒，或至少5.0米/秒，或至少7.0米/秒，或至少9.0米/秒的平均气体表观速度。另一个方面保持该第二反应阶段具有不大于25.0米/秒的平均气体表观速度。高于这一数值，在第二反应阶段中固体颗粒状催化剂的量变得非常低，需要所不希望的大体积或其它尺寸的第二反应阶段；固体颗粒状催化剂的量随着减少平均气体表观速度而增加。再一些其它方面保持该第二反应阶段具有不大于22.0米/秒，或不大于20.0米/秒，或不大于17.0米/秒，或不大于15.0米/秒，或不大于12.0米/秒的平均气体表观速度。再一些其它方面保持该第二反应阶段具有选自下列的任何合理范围的平均气体表观速度：至少1.0米/秒，至少1.5米/秒，或至少2.0米/秒，或至少3.0米/秒，或至少4.0米/秒，或至少4.5米/秒，或至少5.0米/秒，或至少7.0米/秒，或至少9.0米/秒；和不大于25.0，不大于22.0，或不大于20.0米/秒，或不大于17.0米/秒，或不大于15.0米/秒，或不大于12.0米/秒。

如在这里所定义，第一反应阶段的第一烃原料转化率(或转化程度)是经由原料入口提供到第一反应阶段中的原料的重量减去流过第一物料通道的原料(或第一剩余烃原料)的重量，用该差值除以经由原料入口提供到第一反应阶段中的原料的重量。此外，如在这里所定义，第二反应阶段的第二烃原料转化率是经由原料入口提供到第一和第二反应阶段中的原料的重量减去流过第二物料通道的原料的重量(第二剩余烃原料)，用该差值除以经由原料入口提供到第一和第二反应阶段中的原料的重量。需要指出，通过第一物料通道被提供到第二反应阶段中的原料不包括在第二烃原料转化率的测定之中。转化率的最高值因此是1.000(如果表示为分数)，或100.0％。在反应阶段中的特殊位点上转化程度的测定是本领域中技术人员所熟知的，依据计算、已具备的几何结构知识、反应类型和操作条件来进行，或利用在操作过程中样品的取得和分析来进行，并且不再在这里讨论。

在本发明的方法的一个实施方案中，第二烃原料转化率高于第一烃原料转化率。在其它实施方案中，第二烃原料转化率比第一烃原料转化率高了至少1.0％，或至少2.0％，或至少5.0％，或至少10.0％，或至少15.0％，或至少20.0％，或至少25.0％。

在本发明方法的另一方面，第二烃原料转化率高于第一烃原料转化率，和第一烃原料转化率是不大于98.0％，或不大于95.0％，或不大于90.0％，或不大于80.0％，或不大于70.0％，或不大于60.0％。在不同的方面，第二烃原料转化率高于第一烃原料转化率，并且第一烃原料转化率是至少20.0％，或至少25.0％，或至少30.0％，或至少35.0％，或至少40.0％，或至少50.0％，或至少65.0％，或至少80.0％。在仍然其它方面，第二烃原料转化率高于第一烃原料转化率，并且第一烃原料转化率是选自下列的任何合理范围：至少20.0％，或至少25.0％，或至少30.0％，或至少35.0％，或至少40.0％，或至少50.0％，或至少65.0％，或至少80.0％；和不大于98.0％，或不大于95.0％，或不大于90.0％，或不大于80.0％，或不大于70.0％，或不大于60.0％。

本发明方法的其它表现保持该第二烃原料转化率高于第一烃原料转化率并且是至少50.0％，或至少60.0％，或至少70.0％，或至少80.0％，或至少90.0％。又一些其它表现保持该第二烃原料转化率高于第一烃原料转化率并且是不大于99.5％，或不大于99.0％，或不大于95.0％，或不大于90.0％。再一些其它表现保持该第二烃原料转化率高于第一烃原料转化率并且是选自下列的任何合理范围：至少50.0％，或至少60.0％，或至少70.0％，或至少80.0％，或至少90.0％；和不大于99.5％，或不大于99.0％，或不大于95.0％，或不大于90.0％。

在这些转化率范围内进行烃转化反应由于提高加入到第一反应阶段(或更具体地说该最低的原料入口)中的原料的比例(相对于第二反应阶段)而是特别有效的。给定的反应阶段的转化率的选择与具体的反应系统，和整合的反应系统和/或装置的所想望的目标，例如，最高转化率，对想望产物的最大选择性，最低反应区体积，在反应区或给定的反应阶段中最低催化剂藏量，等，或它们的组合和特定的优化都有关。设计具有这些特征的本发明的烃转化装置提供了在第一反应阶段中以所选择的较低转化率转化该原料的最佳性能，和在第二反应阶段中转化第一剩余原料的最佳条件。

回到在图7A-C中所示的装置中进行的本发明的方法的讨论中，第二料流离开第二反应阶段716穿过第二物料通道744进入分离装置721，后者的元件和功能已经在前面叙述过了，在这里不再重复。反应产物和未反应的原料(如果有的话)经由二次产物出口导管742离开分离装置721。大部分的固体颗粒状催化剂将降落到终端体积726的底段，该底段应该含有贮藏量的固体颗粒状催化剂。

在终端体积726的底段中的固体颗粒状催化剂的至少一部分将因为重力作用而降落穿过第一催化剂出口730，第一催化剂出口导管734，和催化剂循环导管747的较高部分而进入到第一催化剂冷却器752中。如果想望，从终端体积726中流出和进入到催化剂冷却器752中的固体颗粒状催化剂的流动可通过第一流量控制装置748来控制。催化剂冷却器752通过与冷却液间接热交换而降低固体颗粒状催化剂的温度。在一个实施方案中，固体颗粒状催化剂穿过催化剂冷却器752的壳程，和该冷却液至少部分地是液态水，它在管程上转化成蒸汽。冷却了的固体颗粒状催化剂离开催化剂冷却器752和由重力作用继续前行穿过催化剂循环导管747的剩余部分而到达催化剂入口导管702。如果想望，从催化剂冷却器752流出的固体颗粒状催化剂的流动可通过第二流量控制装置750来控制。固体颗粒状催化剂流过催化剂入口导管710和穿过催化剂入口720进入第一反应阶段714中而完成催化剂循环环路。

在沿着终端容器724的下部表面的各个点，催化剂循环导管747的总体长度和在第一催化剂冷却器752上，可能开口接合了许多的流化导管(未显示)，后者用于流化气体的注入以使固体颗粒状催化剂流动。这在催化剂循环导管747的较低部分中是尤其重要的，其中由于在该终端体积726和循环导管746中的固体颗粒状催化剂的静压头而可使压力显著提高，和因此需要附加的流化气体来降低局部密度和防止固体颗粒状催化剂太致密地填充而无法适当地流动。

如果想望，固体颗粒状催化剂的至少一部分能够通过该催化剂再生装置754处理。在终端体积726的底段中的固体颗粒状催化剂的至少一部分因为重力作用流动穿过第二催化剂出口731和第二催化剂出口导管735而进入到催化剂抽提塔756中。如果想望，从该终端体积726流出和进入到催化剂抽提塔756中的固体颗粒状催化剂的流动可以通过第一再生器流量控制装置762的使用来控制。该催化剂抽提塔756的操作已经在前面描述过，在这里不再重复。从催化剂抽提塔756中抽提的固体颗粒状催化剂由重力作用向下流动通过第三催化剂导管764进入到催化剂再生器758中，和它的流动可通过使用第二再生器流量控制装置766来控制。

在催化剂再生器758之内的固体颗粒状催化剂将接触到经由在催化剂再生器758的底部附近开口接合的导管所引入的再生介质，该介质通入到接收体积中和穿过蒸气分布孔栅板而接触到固体颗粒状催化剂。再生介质的性质和接触条件可以广泛地变化以保证固体颗粒状催化剂恢复至少一部分反应活性，该反应活性在使用烃转化装置700进行烃转化反应时可能已经丧失。再生介质和再生产物(如果有的话)的流动将携带一些固体颗粒状催化剂在催化剂再生器758内向上运动而进入到一组再生器系列旋流分离器中，后者基本上与对于烃转化装置700所述的相同方法发挥作用。该再生介质和再生产物(如果有的话)经由在催化剂再生器758的顶部附近开口接合的导管从催化剂再生器758中流出。在一个实施方案中，该再生介质是利用燃烧反应从固体颗粒状催化剂中除去碳质沉积物的空气，因此恢复催化活性和产生包括二氧化碳和水的再生产物。

从催化剂再生器758再生的固体颗粒状催化剂由于重力作用流动穿过第四催化剂导管768进入第二催化剂冷却器760。第二催化剂冷却器760的操作类似于在前面描述的催化剂冷却器，在这里不再描述。来自第二催化剂冷却器760的冷却了的、再生的固体颗粒状催化剂由于重力作用流入开口接合到在第二催化剂冷却器760的底部附近的某个地方上的第五催化剂导管770，和流过第五催化剂导管770回到催化剂再生器758。一种输送或提升用气体经由在第三再生器流量控制装置772之下的开口接合的提升用气体导管774被供应到第五催化剂导管770中以促进固体颗粒状催化剂克服地心引力作用被输送通过该导管，到达催化剂再生器758。足够贮藏量和密度的固体颗粒状催化剂在第三再生器流量控制装置772以上的第五催化剂导管770之内形成，以确保固体颗粒状催化剂不会经由该导管返流回催化剂冷却器760中。

流过第五催化剂导管770的冷却了的、再生固体颗粒状催化剂的至少一部分被引导至第六催化剂导管776，它的速率可通过第四再生器流量控制装置778的使用来控制。输送或提升用气体经由在第四再生器流量控制装置778之下的开口接合的提升用气体导管780被供应到第六催化剂导管776中以促进固体颗粒状催化剂克服地心引力作用被输送穿过该导管而到达烃转化装置700，因此完成了固体颗粒状催化剂通过该再生装置754的循环回路。(再次，足够贮藏量和密度的固体颗粒状催化剂在第四再生器流量控制装置778以上的第六催化剂导管776内形成以确保固体颗粒状催化剂不会经由该导管返流回催化剂冷却器760中)。具体地说，第六催化剂导管776开口接合到终端容器724，和流过该导管的冷却了的、再生的固体颗粒状催化剂被提供到终端体积726。流入到终端体积726中的冷却了的、再生的固体颗粒状催化剂的至少一部分将经由在其通路中的第一催化剂出口730流出而进入到第一反应阶段714。

有用的流化和提升用气体包括，但不限于，惰性气体，氮气，蒸汽，二氧化碳，惰性烃，空气，或它们的混合物。流化或提升用气体的选择取决于在烃转化装置700中进行的转化反应的类型，或在再生器装置754中进行的再生程序的类型，取决于该催化剂被流化还是被提升。令人想望地，烃转化装置700所用的流化或提升用气体在所要进行的反应中是非反应活性的(即，是惰性，或是稀释剂)。被引入到本发明的反应阶段中的流化或提升用气体需要在牵涉到蒸气流过反应阶段的计算中，例如在测定平均气体表观速度，或为了测定各物质的分压时加以考虑。

本发明可用于进行大多数的任何烃类转化过程，其中固体颗粒状催化剂用于将烃原料转化成所需的产物。本发明对于烃转化反应是特别有效的，该反应包括，例如，烯烃相互转化反应，从含氧化合物到烯烃的转化反应，从含氧化合物到汽油的转化反应，从重油烃级分到轻油的裂解(历史上称作“流化催化剂裂解”或“FCC”)，从丁烷到马来酸酐的蒸气相催化氧化，蒸气相甲醇合成，邻苯二甲酸酐制造，费-托反应，从丙烯到丙烯酸的气相催化氧化，和丙烯腈制造。这些反应在高转化率下倾向于对二次反应敏感和受益于在高转化率下的PFR行为。需要在这些反应中被转化的典型的烃原料包括烯烃，脂肪族烃，芳族烃，氧化的烃，各种炼油厂料流如汽油或石脑油，合成气(例如，包括一氧化碳和氢的混合气)，和它们的混合物。

在进行烃转化反应的一个实施方案中，固体颗粒物包括活性催化组分。在另一个实施方案中，固体颗粒状催化剂包括活性催化组分和配制用基质材料。在又一个实施方案中，固体颗粒状催化剂包括活性催化组分，配制用基质材料和促进材料。在这里使用的，促进材料是不直接促进烃转化成想望产物，但促进本发明的其它令人想望的方面的材料。

在固体颗粒状催化剂中存在的适合促进烃原料转化成所需产物的典型活性催化组分包括金属，金属氧化物，沸石分子筛和非沸石型分子筛，和它们的混合物。

金属和金属氧化物活性催化组分的例子包括钒，钼，锶，钨，铜，铁，钴，钌，和钯，和它们的氧化物，如五氧化二钒，和它们的混合物。在一些情况下，金属或金属氧化物不是活性催化组分但相反地是促进材料。例如，将烃转化成所需产物的活性催化组分可以是分子筛，如下面所讨论，但是固体颗粒状催化剂可包括特殊的金属，例如，铂或钯，它们不促进该烃转化反应但有利地促进在再生装置中在固体颗粒状催化剂上存在的含碳材料的燃烧。

分子筛活性催化组分包括天然、矿物的或合成、化学方式形成的结晶物质，其中包括硅石，或硅石和氧化铝，或氧化铝和磷，或硅石和氧化铝和磷。目前，在石油和石油化工业中最常用的分子筛活性催化剂组分已知是沸石。沸石是具有通常带负电荷的开放框架结构的硅铝酸盐。在框架的各个部分内的负电荷是Al³⁺取代Si⁴⁺的结果。阳离子抗衡这些负电荷以保持框架的电中性，并且这些阳离子可以与其它阳离子和/或质子交换。沸石典型地是从角共享[SiO₄]和[AlO₄]四面体或八面体的氧原子而形成。沸石通常具有一维，二维或三维的晶体孔隙结构，后者具有分子大小的均匀尺寸的孔隙，该孔隙选择性地吸收能够进入孔隙的分子和排除太大的那些分子。孔隙尺寸，孔隙形状，空隙的间距或通道，组成，晶体形态和结构是决定它们在各种烃类吸附和转化过程中使用的分子筛的几个特性。

现有许多不同类型的天然、矿物沸石已知将烃原料转化成适合用于本发明中的所需产物，其中包括八面沸石，丝光沸石，斜发沸石，菱沸石，毛沸石和硅钾铝石。

还有许多不同类型的合成、化学方式形成的沸石已知将烃原料转化成适合用于本发明中的所需产物。例如，ZSM-5的合成描述在US专利No.3,702,886中，ZSM-11的合成描述在US专利No.3,700,979中，ZSM-23的合成描述在US专利No.4,076,842中，和SSZ-13的合成描述在US专利No.4,544,538中。沸石典型地通过将氧化铝和硅石的源物质在强碱性的含水介质中混合，常常在结构引导模板剂存在下来合成。所形成的分子筛的结构部分地由各种源物质的溶解度，硅石与铝的比率，阳离子的性质，合成温度，添加的顺序，模板剂的类型，等等来决定。

ZSM-5用于将甲醇转化成烯烃的用途已描述在US专利No.5,367,100中，和天然沸石和其它合成ZSM型催化剂在将汽油转化成低分子量产物中的使用已描述在US专利No.4,859,313中。

另一类型的活性催化组分是硅铝磷酸盐(SAPO)分子筛，传统上称作非沸石型分子筛。该SAPO分子筛包括[SiO₂]，[AlO₂]和[PO₂]角共享四面体单元的三维微孔性晶体框架结构。Si引入该结构中的方式是由²⁹Si MAS NMR测定的。参见Blackwell and Patton，J Phys.Chem.，92，3965(1988)。想望的SAPO分子筛将在²⁹Si MAS NMR中显示出一个或多个峰，其中化学位移δ(Si)在-88ppm到-96ppm范围内和其中合并的峰面积是在化学位移δ(Si)在-88到-115ppm范围内的全部峰的总峰面积的至少20％的范围内，该δ(Si)化学位移参比外部四甲基硅烷(TMS)。

一般说来，硅铝磷酸盐分子筛包括角共享[SiO₂]，[AlO₂]和[PO₂]四面体单元的分子框架。硅铝磷酸盐分子筛一般分类为具有8，10或12员环结构的微孔材料。这些环结构能够具有3.5-15埃的平均孔隙大小。

合适的硅铝磷酸盐分子筛包括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，它们的含金属的形式，和它们的混合物。优选的是SAPO-18，SAPO-34，SAPO-35，SAPO-44，和SAPO-47，特别地SAPO-18和SAPO-34，包括它们的含金属的形式，和它们的混合物。在这里使用的术语混合物与结合物具有相同意义和被认为是具有不同比例的两种或多种组分的物质组合物，与它们的物理状态无关。

又一类型活性催化的组分是取代的SAPO分子筛，在传统上也认为是非沸石型分子筛。这些化合物一般已知为MeAPSO或含金属的硅铝磷酸盐。该金属能够是碱金属离子(IA族)，碱土金属离子(IIA族)，稀土离子(IIIB族，包括镧系元素：镧，铈，镨，钕，钐，铕，钆，铽，镝，钬，铒，铥，镱和镥；和钪或钇)以及另外的IVB，VB，VIB，VIIB，VIIIB和IB族的过渡阳离子。

优选，该Me表示原子，如Zn，Mg，Mn，Co，Ni，Ga，Fe，Ti，Zr，Ge，Sn，和Cr。这些原子能够穿过[MeO₂]四面体单元插入到四面体框架中。该[MeO₂]四面体单元携带净电荷，这取决于金属取代基的价态。当该金属组分具有+2，+3，+4，+5，或+6的价态时，该净电荷是在-2和+2之间。金属组分的引入典型地通过在分子筛的合成过程中添加该金属组分来完成。然而，也可以使用合成后的离子交换。

再另一类型的活性催化组分是金属磷铝酸盐，或“MeAPO”分子筛，再次通常称作非沸石型分子筛。MeAPO是具有MeO₂ ^-2，AlO₂ ^-2和PO₂ ⁺四面体单元的结构的一类框架取代的结晶微孔性磷铝酸盐，其中Me表示所需的金属。金属和相应MeAPO形式的例子包括铁(FeAPO)，锌(ZAPO)，钴(CoAPO)，和锗(GeAPO)。

在一个实施方案中，磷铝酸盐(ALPO)分子筛也可以包括在用于本发明中的固体颗粒状催化剂中。磷铝酸盐分子筛是具有AlPO₄框架的结晶微孔性氧化物，且被认为是非沸石型分子筛，典型地具有从3埃到10埃的孔隙尺寸。一些ALPO分子筛对于某些烃转化反应具有催化活性和是活性催化材料。然而，一些ALPO分子筛在任何重要的程度上不是催化活性组分，但能够实施分子类物质的尺寸选择分离，因此被认为是促进材料。已经报导了二十四种以上结构类型，其中包括沸石拓扑类似物。优选的ALPO结构是ALPO-5，ALPO-11，ALPO-18，ALPO-31，ALPO-34，ALPO-36，ALPO-37，和ALPO-46。

这里指出的ALPO，MeAPO，MeAPSO和SAPO分子筛通过现有技术中一般已知的水热结晶方法来合成。参见，例如，US专利No.4,310,440；4,440,871；4,567,029；4,861,743；4,888,167；5,096,684；和5,126,308。反应混合物通过将反应活性硅，铝和磷组分与至少一种结构引导模板剂一起混合来形成。一般该混合物被密封和加热，优选在自生压力下，到至少100℃，优选100-250℃的温度，直到形成结晶性产物为止。结晶性产物的形成能够从大约2小时到差不多2星期之间进行。在一些情况下，搅拌或用结晶物质的接种将促进产物的形成。典型地，该分子筛产物在溶液中形成。它能够通过标准方法回收，如通过离心作用或过滤。该产物也可以被洗涤，由相同方法回收，和干燥。

这里指出的ALPO，MeAPO，MeAPSO和SAPO分子筛作为活性催化组分的使用类似地是本领域中技术人员众所周知的。例如，US专利No.4,449,327描述了SAPO材料在含氧化合物到烯烃的转化中的使用，和US专利No.4,524,234描述了ALPO材料在含氧化合物到烯烃的转化中的使用。此外，美国专利No.4,527,001描述了SAPO和ALPO材料在低级烯烃的相互转化中的使用，和美国专利No.4,512,875描述了SAPO材料在石油裂化过程中的使用。

在本发明的一个实施方案中，包括例如金属，金属氧化物，沸石或硅铝磷酸盐，或它们的结合物的活性催化组分与其它配制用基质材料一起被引入到固体颗粒状催化剂中，其中催化活性组分以有效催化该想望的转化反应的量存在。固体颗粒状催化剂可以包括催化有效量的活性组分和一种或多种配制用基质材料，例如，填料或粘结剂材料，或两者，为固体颗粒状催化剂提供想望的性能，如固体颗粒状催化剂活性，粒度或粒度范围，热容量，机械强度，抗磨性，中孔隙度等。该配制用基质材料令人想望地是催化惰性(不促进原料或所需产物的转化)，但常常在某种程度上是多孔性质和具有一些非选择性的催化活性以促进不希望有的产物的形成，或在其它情况下具有令人想望的除烃原料催化转化成所需产物以外的性能且也被认为是促进材料。此类配制用基质材料包括，例如，合成和天然的物质，金属氧化物，粘土，硅石，氧化铝，氧化铝-卤素化合物，硅石-氧化铝，硅石-氧化镁，硅石-二氧化锆，硅石-二氧化钍，硅石-氧化铍，硅石-二氧化钛，硅石-氧化铝-二氧化钍，硅石-氧化铝-二氧化锆，和这些材料的混合物。在一个实施方案中，所使用的特殊的粘结剂材料是氧化铝-卤素化合物铝氯羟基化物(aluminum chlorhydril)，也已知为羟基氯化铝。

令人想望地，固体颗粒状催化剂在反应条件下是可流体化的，即，固体颗粒状催化剂在某种程度上被原料、产物和其它蒸气流过本发明烃转化装置的反应区的流动作用所动态悬浮或随该流动作用一起携带，这部分地取决于蒸气流动的气体表观速度。固体颗粒状催化剂因此具有对于在反应条件下的流化有效的相对于其密度而言的特征粒度，和在这里被称作固体颗粒状催化剂。实例包括具有Geldart A或Geldhart B分类的固体颗粒状催化剂。参见Geldhart，D.(1973)Types of gas fluidization，Powder Technology，7，185-195。在各种其它实施方案中，固体颗粒状催化剂具有低于2000μ，或0.1μ-1,000μ，或20μ-500μ，或30μ-200μ的粒度。在其它实施方案中，固体颗粒状催化剂具有50磅/立方英尺到200磅/立方英尺，或70磅/立方英尺到150磅/立方英尺，或85磅/立方英尺到110磅/立方英尺的颗粒密度。

在各种其它实施方案中，固体颗粒状催化剂包括1％-99％，或5％-90％，或10％-80％(按重量)的活性催化剂组分；和1％-99％，或5％-90％，或10％-80％，或41％-79％(重量)的配制用基质材料。在各种其它实施方案中，固体颗粒状催化剂具有从0.05-1cal/g-℃，或0.1-0.8cal/g-℃，或0.1-0.5cal/g-℃的热容量。

制备包括活性组分和配制用基质材料的固体颗粒状催化剂的任何常规方法都能够使用。可以使用各种方法来达到想望的物理和化学特性。此类方法包括，但不必然地限于水热处理，煅烧，酸处理，碱处理，磨碎，球磨研磨，研磨，喷雾干燥，和它们的结合。例子包括US专利No 3,464,929；3,542,670；3,562,148；4,443,553；和4,542,118。本发明的方法的一个实例包括具有不同组成的不同固体颗粒状催化剂(例如两种固体颗粒状催化剂)的混合物，每一种含有不同类型的活性催化剂材料。

本发明的烃转化方法和装置特别适合于进行从含氧化合物到烯烃的转化反应。在含氧化合物到烯烃的转化反应中，氧化的烃原料与合适的固体颗粒状催化剂在足够的条件下接触以将氧化的烃转化成轻烯烃。轻烯烃包括乙烯和丙烯，和任选的C4烯烃。

将含氧化合物转化成烯烃的方法使用包括含氧化合物的原料。该术语“含氧化合物”，“氧化的烃”，和“氧化产物化合物”，和它的各种形式，具有相同的意义和可以互换地使用。本发明的含氧化合物原料包括含有至少一个氧原子的至少一种有机化合物，如脂族醇，醚，或羰基化合物(醛，酮，羧酸，碳酸酯，酯等)。当该含氧化合物是醇时，醇能够包括具有1到10个碳原子，更优选1到4个碳原子的脂肪族结构部分。代表性的醇包括，但不限于，低级直链和支链脂族醇和它们的不饱和对应物。合适的含氧化合物的例子包括，但不限于：甲醇；乙醇；正丙醇；异丙醇；C₄-C₂₀醇；甲乙醚；二甲基醚；二乙基醚；二异丙基醚；甲醛；乙醛；碳酸二甲基酯；丙酮；二甲基酮；乙酸；和它们的混合物。优选的含氧化合物是甲醇，二甲醚，或它们的混合物。

本发明能够包括从其它烃如油，煤炭，焦油砂，页岩，生物质和天然气制造含氧化合物的附加步骤。制造含氧化合物的方法是现有技术中已知的。这些方法包括发酵得到醇或醚，制造合成气，然后将合成气转化成醇或醚。合成气能够由已知的方法如蒸汽转化，自热转化和部分氧化来生产。

在本发明的一个实施方案中，稀释剂可以被引入到反应器装置中。在特殊的实施方案中，一种或多种惰性稀释剂可以作为与含氧化合物形成的混合物存在，例如以混合物的1-99mol％的量，和该含氧化合物原料是含氧化合物和稀释剂的混合物。如这里所定义，稀释剂是在整个分子筛催化剂上基本上无反应活性的组合物，和主要用于在较少浓缩的原料中制造含氧化合物。典型的稀释剂包括，但不必然地限于，氦气，氩气，氮气，一氧化碳，二氧化碳，液体形式或蒸汽形式的水，基本上非反应活性的链烷烃(尤其诸如甲烷，乙烷，和丙烷之类的链烷烃类)，基本上非反应活性的烯烃，基本上非反应活性的芳香族化合物，和它们的混合物。在另一个实施方案中，稀释剂以与含氧化合物原料不同的单独料流被引入到本发明的烃转化装置中，并且不是与含氧化合物形成的混合物，例如，通过使用稀释剂作为流化气体或提升用气体。一般说来，在本发明的装置或方法中，稀释剂，本身，或不包含反应活性物质的稀释剂料流(例如，不进一步含有含氧化合物或附加反应活性烃)，不被认为是原料。

本发明的另一个方面要求附加的反应活性烃被引入到至少一个反应阶段中。如这里所定义，附加的反应活性烃是一种烃组合物，它不包括氧原子和它可以在与用于促含氧化合物到烯烃反应的固体颗粒状催化剂接触时转化成另一种化学排列。此外，附加的反应活性烃是从烃转化系统之外，即在外部，被提供到反应阶段中，与在这些反应阶段的一个之内由所需烃转化反应生产的反应活性烃形成对比(例如，由在反应阶段内的含氧化合物到烯烃转化反应就地产生的丙烯不被认为是在至少一个反应阶段中引入的附加的反应活性烃)。

一种或多种附加的反应活性烃可以作为与含氧化合物形成的混合物存在，例如，以混合物的1-99mol％的量，和该含氧化合物原料是含氧化合物和附加的反应活性烃的混合物。附加的反应活性烃包括烯烃，反应活性链烷烃，反应活性芳族烃和烷基芳族烃，或它们的混合物。在各种实施方案中，附加的反应活性烃包括，丙烯，丁烯，戊二烯，C₄ ⁺烃混合物，C₅ ⁺烃混合物，尤其从含氧化合物转化产物的分离和再循环中获得的C₄ ⁺或C₅ ⁺烃混合物，和它们的混合物。在另一个实施方案中，附加的反应活性烃以与含氧化合物原料不同的单独料流被引入到至少一个反应阶段中。附加的反应活性烃可以引入到反应阶段的任何部分中。

一般说来，当确定本发明的表现时，在使用固体颗粒状催化剂的合适条件下转化成产物的任何反应活性烃被认为是原料。因此，一般说来，本发明可用于让一种以上类型的物质反应，或进行一种以上类型的烃转化反应。例如，含氧化合物可以提供到反应系统的一部分中，和附加的反应活性烃可以提供到另一个中；将这些材料中的任何一种提供到反应系统中的原料元件的一个可用于确定最低的原料入口，其中供选择的另一个是另一原料入口，和两原料元件用于确定该反应区和反应阶段的体积，按照在这里提供的定义和解释。

回到含氧化合物到烯烃转化反应的讨论，该含氧化合物原料(任选地还包括稀释剂或附加的反应活性烃)或单独的稀释剂或附加的反应活性烃料流的一部分，或它们的任何结合物的每一种的一部分，能够以液态提供。这些液体部分可以直接注入到反应阶段中，或被该含氧化合物原料、稀释剂或附加的反应活性烃的任何蒸气部分夹带到或另外随它们携带到至少一个反应阶段中。通过为至少一个反应阶段提供液体，该温度能够降低，如果全部的原料作为蒸气来提供。含氧化合物转化反应放出的热量部分地被原料的液体部分的蒸发的吸收热所吸收。控制被提供到反应阶段中的液体与蒸气的比例是控制反应温度的一种可能的方法。

以液体形式提供到反应阶段中的含氧化合物原料(任选地还包括稀释剂或附加的反应活性烃)，或单独的稀释剂或附加的反应活性烃料流，的量是以任何形式送到反应阶段中的含氧化合物、附加的反应活性烃和稀释剂总量的0.1wt％-85wt％。在另一个实施方案中，该范围是以任何形式送到反应阶段中的含氧化合物、附加的反应活性烃和稀释剂总量的1wt％-75wt％，和在又一个方面，该范围是5wt％-30wt％。一种特别有效的液体是水，由于它的比较高的蒸发热，使得在较小速率下对反应温度有比较高的影响。含氧化合物原料(任选还包括稀释剂或附加的反应活性烃)或单独的稀释剂或附加的反应活性烃料流的温度和压力的合理选择将确保其中至少一部分在它进入反应阶段中和与其中的催化剂或蒸气接触时处于液相中。

在本发明的一个实施方案中，全部的任何形式的含氧化合物原料(任选还包括稀释剂或附加的反应活性烃)和附加的反应活性烃(如果有的话)都被提供到第一反应阶段中。在其它实施方案中，全部的含氧化合物原料(任选地还包括稀释剂或附加的反应活性烃)和附加的反应活性烃(如果有的话)的至少90wt％，或至少80wt％，或至少75wt％被提供到第一反应阶段中。在另一个实施方案中，全部的任何形式的含氧化合物原料(任选还包括稀释剂或附加的反应活性烃)以及附加的反应活性烃(如果有的话)都通过最低的原料入口被提供。其它实施方案要求，全部的以任何形式提供到第一反应阶段中的含氧化合物原料(任选地还包括稀释剂或附加的反应活性烃)以及附加的反应活性烃(如果有的话)的至少90wt％，或至少80wt％，或至少75wt％通过最低的原料入口被提供。

在进行含氧化合物到烯烃反应的一个实施方案中，使用包括“小”孔隙分子筛的固体颗粒状催化剂。在另一个实施方案中，包括SAPO的固体颗粒状催化剂用于进行含氧化合物到烯烃的反应。在再一些其它实施方案中，使用的SAPO具有低于0.65的Si/Al₂比率，或不大于0.40的Si/Al₂比率，或不大于0.32的Si/Al₂比率，或不大于0.20的Si/Al₂比率。在另一个方面，该SAPO是具有低于5埃的平均孔隙大小，优选3.5-5埃，更优选3.5-4.2埃的平均孔隙大小的小孔隙分子筛。在再一些其它方面，所使用的SAPO选自SAPO-17，SAPO-18，SAPO-34，SAPO-44和SAPO-47，它的含金属(MeAPSO)形式，和它们的混合物。

本发明的另一个实施方案要求所使用的小孔隙分子筛是在一种分子筛组成中具有两种或多种不同相的晶体结构的交互生长材料。在另一个实施方案中，所使用的小孔隙交互生长分子筛包括AEI和CHA框架型的交互生长产物。例如，SAPO-18，ALPO-18和RUW-18具有AEI框架类型，和SAPO-34具有CHA框架类型。尤其，所使用的小孔隙交互生长分子筛是在US专利申请序列号No.09/924,016(2001年8月7日)中或在1998年4月16日出版的PCT WO98/15496中描述的分子筛。

当进行根据本发明的烃转化反应时，气体表观速度和平均气体表观速度(和与递增速度成正比)的某些结合，和固体颗粒状催化剂的特性(与密度和粒度成反比例)，将引起相当大部分的固体颗粒状催化剂被流过反应区和流过第二物料通道进入分离装置中的气体所夹含。在本发明的一个实施方案中，流过第二物料通道和进入分离装置中的固体颗粒状催化剂的至少一部分是从分离装置循环到反应区中以再次接触原料和促进转化反应。在本发明的各个方面，固体颗粒状催化剂的至少一部分被循环到第一反应区中，或固体颗粒状催化剂的至少一部分被循环到第二反应区中。在特殊的方面，来自分离装置的固体颗粒状催化剂的至少一部分被循环到第一反应阶段，和固体颗粒状催化剂的至少另一部分被循环到第二反应阶段。在本发明的另一个更特殊的方面中，固体颗粒状催化剂的至少一部分被循环到第一反应阶段中和没有循环到第二反应阶段中。在本发明的一个其它更特殊的方面中，固体颗粒状催化剂的至少一部分被循环到第二反应阶段中和没有循环到第一反应阶段中。对于含氧化合物到烯烃转化反应，从分离装置中循环到反应区或优选循环到第一反应阶段中的固体颗粒状催化剂的速率是被提供到反应区中的含氧化合物原料和任何附加反应活性烃的总速率的1-100倍，或10-80倍，或10-50倍。

在含氧化合物到烯烃转化反应中，轻烯烃产物，即乙烯和丙烯，将在很宽的温度范围内形成，这至少部分地取决于固体颗粒状催化剂，从分离装置循环到反应区中的固体颗粒状催化剂的量，提供到反应区中的再生催化剂的量，在反应区内的总压力和分压，以及该反应器装置和反应区的特定构型。在各种实施方案中，该含氧化合物到烯烃转化反应是在200℃-700℃，或300℃-600℃，或400℃-520℃的温度下进行的。较低的温度一般会导致较低的反应速率，和轻烯烃的形成可以变得相当缓慢。然而，在较高的温度下该方法会形成过低量的轻烯烃产物，而所形成的不希望有的副产物如碳质沉积物(或焦炭)和轻饱和烃(例如，甲烷和丙烷)的量则是太高。

轻烯烃产物也会在宽范围的压力下形成。在几个方面，在反应区中存在的含氧化合物和任何附加反应活性烃的初始分压是0.1kPa到5MPa，或5kPa到1MPa，或20kPa到500kPa。初始分压是指在反应之前全部的被提供到反应区中的含氧化合物和任选的附加反应活性烃的合并(速率平均化)组合物的在反应区内的分压(在反应区内提供总压力的那些分压的剩余部分可以来自所存在的任何稀释剂)。

含氧化合物转化反应的宽范围的重量时空速度(WHSV)，被定义为全部的被提供到反应区中的含氧化合物和任选的附加反应活性烃的总重量/小时/在反应区中的固体颗粒状催化剂当中的分子筛的重量，将在本发明中发挥作用。全部的被提供到反应区中的含氧化合物和任选的附加反应活性烃的总重量包括以蒸气和液体形式提供的总量。虽然该催化剂可以含有其它材料如填料和粘结剂，如在这里所使用，但是该WHSV仅仅通过使用在反应区中的固体颗粒状催化剂中的分子筛的重量来测定。在各种方面，该WHSV是1hr^-1到1000hr^-1，或2hr^-1到500hr^-1，或5hr^-1到200hr^-1，或10hr^-1到100hr^-1，或15hr^-1到50hr^-1，或18hr^-1到35hr^-1。

99.0％-100.0％的含氧化合物转化率是有用的，如果有最大程度减少从转化产物中分离出的未反应的甲醇的潜在再循环的特定需要。如果具体的目标是提高含氧化合物转化产率或对轻烯烃(尤其乙烯和丙烯)的选择性，则不大于80.0％，或不大于75.0％，或不大于70.0％的第一烃原料转化率，和不大于99.5％，或不大于98.0％，或不大于96.0％，或不大于95.0％的第二烃原料转化率是有用的，这尤其取决于操作温度的选择，在固体颗粒状催化剂中分子筛的比例和类型，被提供到反应区中的再生的固体颗粒状催化剂的量。如果具体的目标是减少反应区体积，则至少40.0％，或至少50.0％，或至少60.0％，或至少65.0％，或至少70.0％的第一烃原料转化率，和不大于98.5％，或不大于96.0％，或不大于95.0％，或不大于94.0％的第二烃原料转化率是有用的。当然，这最后两个因素可以与潜在地再循环未转化的含氧化合物原料的成本相关联以便对于给定的情形选择具体的实施方案。

在进行本发明的含氧化合物转化反应时，可以使用该反应过程的操作参数，如固体颗粒状催化剂和GSV的特性，以便在每一反应阶段内提供不同质量的固体颗粒状催化剂。需要指出，在反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量是动态地容纳在其中的；虽然在操作过程中在给定的反应阶段中可以有相同量的固体颗粒状催化剂(对于质量)，但是在任何时间点可以是不同的各个颗粒，因为固体颗粒状催化剂流过反应区。相对于在第一和第二反应阶段两者中的总质量，在反应阶段中提供不同质量的固体颗粒状催化剂的愿望能够是在本发明的装置的设计和进行烃转化反应的方法中的有用的标准。

在牵涉到含氧化合物转化反应的本发明的各种实施方案中，在第二反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量是在第一和第二反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量总和的至少10.0wt％，或至少20.0wt％，或至少30.0wt％，或至少40.0wt％，或至少50.0wt％。在牵涉到含氧化合物转化反应的其它实施方案中，在第二反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量是在第一和第二反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量总和的不大于80.0wt％，或不大于70.0wt％，或不大于60.0wt％，或不大于50.0wt％，或不大于40.0wt％。在牵涉到含氧化合物转化反应的再一些其它实施方案中，在第二反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量是选自下列的任何合理范围：至少10.0wt％，或至少20.0wt％，或至少30.0wt％，或至少40.0wt％，或至少50.0wt％；和不大于80.0wt％，或不大于70.0wt％，或不大于60.0wt％，或不大于50.0wt％，或不大于40.0wt％，基于在第一和第二反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量总和。

尤其，如果该目标是提高含氧化合物转化产率或对轻烯烃尤其乙烯和丙烯的选择性，则在第二反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量为在第一和第二反应阶段两者中固体颗粒状催化剂的质量总和的至少15.0％，或至少20.0％，或至少的25.0％是有用的，这尤其取决于，操作温度的选择，在固体颗粒状催化剂中分子筛的比例和类型，和在每一反应阶段中所需的转化程度。

测量和计算在本发明的反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量的许多方式是本领域中技术人员熟知的。一种简单的方式包括在操作过程中在与重力相同的方向上在同一阶段中在两个不同高度之间的压差的测定。该压差然后除以高度的差额，则得到了在该阶段中的平均密度。这一平均密度然后乘以所考虑阶段的体积，该体积可通过以该阶段的设计或实际测量为基础的直接了当的几何计算来获知，这提供了在该阶段中质量的测定。由于在所考虑阶段内在烃原料、稀释剂和转化产物之间的密度上和在该元件内固体颗粒状催化剂的密度上的较大差异，可允许认为所测定的质量是在该元件内固体颗粒状催化剂的质量。一个阶段的每一部分的各个质量可以相加以测定在该阶段内的总质量，当心不要两次重复计算体积。在本发明中，固体颗粒状催化剂以随机方式沿着各种元件运动，使得在任何阶段或它的部分中固体颗粒状催化剂的合适样品体积将是非常类似的，就分子筛和粘结剂和填料的比例而言。因此，典型地不需要考虑在测定反应阶段中固体颗粒状催化剂的质量时在固体颗粒状催化剂中分子筛和粘结剂和填料的实际比例，即使不同的比例在不同的时间被添加到反应阶段中。

在含氧化合物到轻烯烃的转化当中，碳质沉积物(或焦炭)积累在用于促进该转化反应的固体颗粒状催化剂上。在一些位点，这些碳质沉积物的聚集会引起固体颗粒状催化剂将含氧化合物原料转化成轻烯烃的能力的下降。在这一点上，固体颗粒状催化剂部分地失活。当固体颗粒状催化剂不再能将含氧化合物转化成烯烃产物时，固体颗粒状催化剂被认为是完全地失活。作为在含氧化合物到烯烃转化反应中的一个任选步骤，固体颗粒状催化剂的一部分是从反应阶段中排出和至少部分地(即使不完全地)再生。再生是指碳质沉积物至少部分地从固体颗粒状催化剂中除去。令人想望地，从该反应阶段中排出的固体颗粒状催化剂的那一部分至少部分地失活。再生的固体颗粒状催化剂，有或没有冷却，然后返回到至少一个反应阶段中。固体颗粒状催化剂可以在任何位置从任一反应阶段中排出并被送至该再生器。在一个实施方案中，该催化剂是穿过第二物料通道从分离装置中排出。在这一实施方案中，排出固体颗粒状催化剂的为了再生用的那一部分的速率是穿过第二物料通道进入分离装置中的固体颗粒状催化剂的速率的0.1％到99％。更具体地说，该速率是0.2％到50％，和最令人想望地，0.5％到5％。

在另一个实施方案中，一部分的固体颗粒状催化剂是以相当于含氧化合物和附加反应活性烃加入到反应阶段中的总原料速率的0.1倍至10倍，更优选0.2-5倍，和最优选0.3-3倍的速率从反应阶段中排出以供再生用和返回到至少一个反应阶段中。

再生是在包括氧或其它氧化剂的气体存在下进行的。其它氧化剂的例子包括，但不必然地限于，单态O₂，O₃，SO₃，N₂O，NO，NO₂，N₂O₅和它们的混合物。空气，富含氧的空气，和用氮气或CO₂稀释的空气是所需的再生气体。在空气中的氧浓度能够降低到控制的水平以最大程度减少再生器的过热或在再生器中热点产生。固体颗粒状催化剂也可以用氢气，氢气和一氧化碳的混合物，或其它合适的还原性气体来还原再生。

一般说来，固体颗粒状催化剂能够以许多方法再生一间歇，连续，半连续，或它们的结合。连续固体颗粒状催化剂再生是希望的方法。尤其，对于含氧化合物到烯烃转化反应，固体颗粒状催化剂被再生到相当于固体颗粒状催化剂重量的0.01wt％到15wt％的剩余焦炭的水平。

固体颗粒状催化剂再生温度应该是250℃到750℃，和令人想望地500℃到700℃。因为该再生反应是在比含氧化合物转化反应高得多的温度下进行，希望在再生的固体颗粒状催化剂被送回到容纳该反应阶段的反应器壳中之前将该再生的固体颗粒状催化剂的至少一部分冷却至较低温度。一般说来，和对于含氧化合物到烯烃转化反应，位于再生器外部的催化剂冷却器如图5A中所示的催化剂冷却器554可用于在固体颗粒状催化剂从再生器中排出之后从固体颗粒状催化剂中除去一些热量。当再生的固体颗粒状催化剂被冷却时，令人想望的是将它冷却到一定温度，该温度比从容纳反应阶段的反应器壳中排出的固体颗粒状催化剂的温度高200℃到低200℃。更令人想望地，该再生的固体颗粒状催化剂被冷却到比来自该反应器壳的固体颗粒状催化剂的温度低10℃到200℃的温度。这一冷却了的固体颗粒状催化剂然后可以返回到该反应器壳，该再生器，或两者的一些部分中。当来自再生器的再生的固体颗粒状催化剂返回到该反应器壳中时，它返回到该反应器壳的任何部分中。

在一个实施方案中，固体颗粒状催化剂再生是在至少部分地失活的固体颗粒状催化剂上进行的，后者已经首先在抽提塔或抽提室中被抽提掉大部分的容易除去的有机材料(有机物)。这一抽提能够通过在升高的温度下让抽提气体在用过的固体颗粒状催化剂上方通过来实现。适合于抽提的气体包括蒸汽，氮气，氦气，氩气，甲烷，CO₂，CO，氢气，和它们的混合物。优选的气体是蒸汽。抽提气体的气体时空速度(GHSV，以气体的体积相对于固体颗粒状催化剂和焦炭的体积为基础)是0.1h^-1到20,000h^-1。可接受的抽提温度是250℃到750℃，和令人想望地350℃到675℃。

本发明的实施方案进一步包括转化产物的分离和提纯以生产高纯度烯烃。高纯度烯烃一般由本领域中技术人员认为含有至少80wt％的单碳数的烯烃，优选至少90wt％，更优选至少95wt％，和最令人想望地至少99wt％。高纯度烯烃也一般被认为满足了有关什么类型的组分可以获得单碳数的所需烯烃的附加要求。例如，在本发明的各种实施方案中，可以生产出一种或多种产物如高纯度乙烯，高纯度丙烯或高纯度丁烯。在本发明的另一个实施方案中，该高纯度丁烯产物可以进一步处理以形成由非常高浓度的特殊丁烯异构体组成的产物，例如，包括至少80wt％丁烯-1，或另外至少90wt％丁烯-1的高纯度丁烯-1。

制造高纯度烯烃的提纯方法传统上需要除去低水平的杂质或污染物，它们会干涉高纯度烯烃在后续的衍生物制造中的使用，特别地在乙烯和丙烯的聚合中。低水平的污染物一般包括极性分子，其中包括含氧化合物如水，醇类，羧酸类，醛类，醚类，酮类，酯类和碳的氧化物类；含硫化合物如硫化氢，硫化羰和硫醇；氨和其它氮化合物；胂，膦；和氯化物。其它污染物能够尤其是烃类如乙炔，甲基乙炔，丙二烯，丁二烯和丁炔。氢气是高纯度烯烃料流的另一种污染物。

在含氧化合物转化产物中低水平的污染物能够通过各种方法被除去，其中包括氢化反应以饱和某些烃；酸-碱反应，例如碱洗以除去某些含硫化合物和二氧化碳；用各种材料如固体分子筛吸收某些极性化合物；用各种溶剂萃取；薄膜渗透；和分馏。另外，具有给定沸点的所需烯烃可以从烯烃和各种其它沸点的链烷烃(包括与所需烯烃有相同数量碳原子的链烷烃)的混合物分离。这能够通过使用普通的分馏技术，或还使用普通的吸收、萃取或膜分离技术来进行。

该含氧化合物到烯烃反应在大规模上是特别有效的(含氧化合物原料和附加反应活性烃，有相称的主要烯烃产物比率和反应装置体积)，这受益于该装置的低成本与从含氧化合物原料到所需产物的增强转化率。在另一个实施方案中，使用本发明的含氧化合物到烯烃方法产生的主要烯烃(乙烯加上丙烯)产物(比率)是下列的任何一种：至少4,500kg/天；至少250,000kg/天，至少500,000kg/天；至少1,000,000kg/天；至少1,300,000kg/天；至少1,900,000kg/天；和至少2,700,000kg/天。采用有离散的反应区附着于普通的分离装置上的多个离散的提升器壳的一种类型的装置的例子可以在共同待审查的专利申请US Ser.No.09/564,613中见到。

本发明的有用的替代实施方案包括使用一个以上的接合到普通分离装置上的离散的反应器壳。在一个实施方案中，可以用包括如前面所公开的锥形元件和其它结构特征的多个反应器壳来替换提升器壳。在使用具有普通分离装置的多个离散的反应器壳的特殊实施方案中，有用的是如这里所详细描述的那样进行含氧化合物到烯烃的反应，其中每一反应器壳是以下列速率当中的任何一种产生主要烯烃(乙烯加上丙烯)产物：至少250,000kg/天和不大于750,000kg/天，和至少450,000kg/天和不大于650,000kg/天。

由含氧化合物-到-烯烃转化反应产生的烯烃能够聚合形成聚烯烃，特别地聚乙烯和聚丙烯。能够使用普通的方法。催化过程是优选的。特别优选的是金属茂，齐格勒/纳塔和酸催化体系。参见，例如，US专利No 3,258,455；3,305,538；3,364,190；5,892,079；4,659,685；4,076,698；3,645,992；4,302,565；和4,243,691。通常，这些方法包括在有效形成聚烯烃产物的压力和温度下让烯烃产物与聚烯烃形成用催化剂接触。

优选的聚烯烃形成用催化剂是金属茂催化剂。操作的优选温度范围是在50℃和240℃之间和反应能够在低、中或高压下进行，无论何处是在1到200巴范围内。对于在溶液中进行的反应，能够使用惰性稀释剂，和优选的操作压力范围是在10和150巴之间，优选的温度范围是在120-230℃之间。对于气相工艺，优选的是该温度一般是在60到160℃范围内，和该操作压力是在5和50巴之间。

除了聚烯烃之外，很多的其它烯烃衍生物可以从所回收的烯烃(包括高纯度烯烃)形成。这些包括，但不限于，醛类，醇类，乙酸，线性α-烯烃，乙酸乙烯酯，二氯乙烯和氯乙烯，乙苯，环氧乙烷，枯烯，异丙醇，丙烯醛，烯丙基氯，环氧丙烷，丙烯酸，乙丙橡胶，和丙烯腈，以及乙烯，丙烯或丁烯的三聚物和二聚物。制造这些衍生物的方法是本领域中技术人员已知的，和因此在这里不再讨论。

本发明进一步在下面的实施例中描述，这些实施例用于说明在作为权利来要求的本发明的整个范围之内的特定的实施方案。

实施例1A

对于图1A-B获得了反应阶段的体积的实施例。第一反应阶段112具有0.2792米的长度，0.2532米的宽度和0.3239米的高度。第二反应阶段115具有0.2532米的长度，0.2532米的宽度和1.4288米的高度。因此，第一反应阶段112的体积是0.0229立方米，第二反应阶段115的体积是0.0916立方米，和反应区109的总体积是0.1145立方米。第一反应阶段112的AECSA是0.0707平方米(0.0229立方米/0.3239米)，和第一反应阶段的AED是0.3米(√[{4×0.0707平方米}/π])。第二反应阶段115的AECSA是0.0642平方米(0.0916立方米/1.4288米)，和第二反应阶段的AED是0.2857米(√[{4×0.0642平方米}/π])。第二反应阶段115的长度与第二反应阶段115的AED的比率是5.0(1.4288米/0.2857米)，和第一反应阶段112的AED与第二反应阶段115的AED的比率是1.05∶1(0.3米/0.2857米)。

实施例1B

在图1A-B中的实施方案中，第一反应阶段112的体积被选择是根据在实施例1A中计算的第一反应阶段112和第二反应阶段115的体积总和的20％。第一反应阶段112的体积因此等于0.0229立方米(0.2×0.1145立方米)。第一物料通道148，固体颗粒状催化剂、转化产物和未反应的原料经由它从第一反应阶段112中流出而进入到第二反应阶段115，因此构造成横截平面，在反应器壳106之内和平行于具有比最低的原料入口高0.3239米的高度的整平地面(因为该高度在反应器壳106内在最低的原料入口118和第一物料通道148之间提供0.0229立方米[0.2792米×0.2532米×0.3239米]的所选择的第一反应阶段体积)。

实施例1C

参见在图1A-B中的实施方案，测定第一反应阶段和第二反应阶段的最高点。在这一实施例中，第一反应阶段和第二反应阶段的最高点是在1.7527米(第一反应阶段112具有0.2532米的高度和第二反应阶段115具有1.4288米的高度)的标高加上在整平地面之上的最低的原料入口118的最低点的标高。

实施例1D

参见在图1A-B中的实施方案，测定净流的横截面积。在这一实施例中，流过反应区109的原料、产物和任何其它气体的净流的方向是，在各点，垂直于整平地面向上。因此在最低的原料入口118之上0.2000米的标高处在反应区109内部，净流的横截面积是0.0657平方米(0.2792米×0.2532米)。在最低的原料入口118之上1.0000米的标高处在反应区109内部，流动的横截面积是0.0641平方米(0.2532米×0.2532米)。

实施例1E

参见在图1A-B中的实施方案，该锥形元件是在其中第一反应区112接合第二反应区115的区域中，具有90°的锥形元件角度。通过使用实施例1A的尺寸，该锥形元件则具有在最低的原料入口118的最低点之上0.3239米的标高(第一反应阶段的高度)。进一步布置该锥形元件在高于该最低的原料入口的最低点的标高处，该标高是在最低的原料入口的最低点的标高与第一反应阶段和第二反应阶段的最高点之间的差额的18％(它是1.7527米)。

实施例2A

参见在图2A-B中的实施方案，反应区221的体积，它是第一反应阶段224和第二反应阶段227的体积的总和，是通过沿着该装置在该最低的原料入口230和第二物料通道272之间的壁和在该壁之内走向的几何计算来确定。对于这一实施方案，第一反应阶段224的底部或最宽的部分具有4.0736米的直径，其中第一和第二反应阶段的高度(从该最低的原料入口230到第二物料通道272)是17.5657米，和反应区221的壁具有与垂直方向相差5°的锥形元件角度。该锥形元件也能够称为虹膜式光圈锥形元件。反应区221的壁的几何结构(即，反应壳218)提供了在气体表观速度上更逐渐的变化，与在图1A的实施方案中见到的90°转变相比。根据这些测量，反应区221的总体积是99.6436立方米。

实施例2B

在图2A-B中的实施方案中，第一反应阶段224的体积被选择是第一反应阶段224和第二反应阶段227的体积总和的30％，它是29.8931立方米。第一物料通道275，固体颗粒状催化剂、转化产物和未反应的原料经由它从第一反应阶段224中流出而进入到第二反应阶段227，因此构造成横截平面，在反应器壳218之内和平行于整平地面，具有在最低的原料入口230之上2.5657米的高度(和进一步具有3.6247米的直径)，它提供所选择的第一反应阶段体积。第二反应阶段227的体积，以第一物料通道275的定位为基础，是差额(difference)69.7505立方米。

实施例2C

参见图2A-B，和使用在实施例2A和2B中的尺寸，第一反应阶段224具有11.6511平方米的AECSA，和3.8516米的AED。第二反应阶段227具有15.0000米的长度，和它的AECSA是4.6500平方米和它的AED是2.4332米。因此第二反应阶段227的长度与AED的比率是6.2，和第一反应阶段224的AED与第二反应阶段227的AED的比率是1.5829∶1。

实施例3A

参见在图3A-C中的实施方案，总反应区314的体积，它是第一反应阶段316和第二反应阶段318的体积总和，是通过沿着该装置的在最低的原料入口320和第二物料通道350之间的壁和在该壁之内走向的几何计算来确定的。第一反应阶段316的高度是在最低的原料入口320之上2.3798米，顶部直径是3.8706米和底部直径是6.6188米。第一反应阶段316的壁具有与垂直方向相差30°的锥形元件角度。该锥形元件也能够称为虹膜式光圈锥形元件。

第二反应阶段318的高度是22.1202米，和第二反应阶段318的正圆柱形段(它从在最低的原料入口320之上4.0000米的高度开始)，具有2.0000米的直径。将第二反应阶段318连接到该分离装置334的导管具有2.0000米直径和0.8488米长度，并以90°角度将第二反应阶段318接合到该分离装置334。导管的上部进一步位于在第二反应阶段318的上部之下0.5000米的距离处。反应区314的总体积计算为131.4714立方米。

反应器壳312的正平截面具有与垂直整平地面的方向相差30°的角度。该实施方案提供了与在图1A中所示的90°转变相比的在反应区中在气体表观速度上的更逐渐的变化，同时提供了可以在图1A中见到但在图2A的实施方案中缺少的具有恒定特征宽度的区段。

实施例3B

参见图3A-C的实施方案，并且使用实施例3A的尺寸，第一反应阶段316的体积被选择为第一反应阶段316和第二反应阶段318的体积总和的40％，它是52.5886立方米。第一物料通道352，固体颗粒状催化剂、转化产物和未反应的原料经由它从第一反应阶段316中流出而进入到第二反应阶段318，因此构造成横截平面，在反应器壳312之内和平行于整平地面，具有在最低的原料入口320之上2.3798米的高度(和进一步具有3.8706米的直径)，它提供所选择的第一反应阶段体积。第二反应阶段318的体积，以第一物料通道352的所选择位置为基础，是差额78.8828立方米。

实施例3C

参见图3A-C，并且使用实施例3A的尺寸和在实施例3B中第一物料通道352的所选择的位置，第一反应阶段316具有2.3798米的高度，22.0979平方米的AECSA，和5.3043米的AED。第二反应阶段318具有20.4690米的长度[(22.1202m-2.0000m-0.5000m)+0.8488m]，和因此它具有3.8538平方米的AECSA，和2.2151米的AED。因此，第二反应阶段的长度与AED的比率是9.2407，和第一反应阶段AED与第二反应阶段AED的比率是2.3946∶1。

实施例4A

参见图4，并且使用在实施例3A中的相应尺寸，第一反应阶段416和第二反应阶段418的体积总和是131.4714立方米。然而在这一实施例中，第一反应阶段416的体积被选择为第一反应阶段416和第二反应阶段418的体积总和的50％，它是65.7357立方米。第一物料通道452因此是在最低的原料入口之上4.5757米的高度(和进一步在2.0000米直径的反应器壳的正圆柱形部分中的位置)建立，它提供所选择的第一反应阶段体积。第二反应阶段418的体积，以第一物料通道452的位置为基础，是差额65.7357立方米。

实施例4B

参见图4，并且使用实施例3A的尺寸连同在实施例4A中第一物料通道352的所选择的位置，第一反应阶段416具有4.5757米的高度，14.3663平方米的AECSA，和4.2769米的AED。第二反应阶段418具有18.2731米的长度[(20.5000m-2.0000m-0.5000m)+0.8488m-(4.5757m-4.0000m)]，3.5974平方米的AECSA和2.1402米的AED。因此，第二反应阶段的长度与AED的比率是8.5380，和第一反应阶段AED与第二反应阶段AED的比率是1.9984。

从实施例3和4中能够看出，在第一反应阶段的体积相对于第一和第二反应阶段的体积总和的体积比的所需数值范围内的一个以上的值可以满足在同一装置上对于L₂/AED₂和AED₁/AED₂的其它数值要求。

实施例5A

参见在图5A-D中的实施方案，反应区510的体积，它是第一反应阶段512和第二反应阶段514的体积总和，是通过沿着该装置的在最低的原料入口516和第二物料通道534之间的壁和在壁之内走向的几何计算来确定。第一反应阶段512的正圆柱形段升高至在最低的原料入口516之上8.0588米的高度，在这一点处具有与垂直方向相差20°的锥形元件角度，延伸3.0000米的附加高度，其中第一反应阶段512接合第二反应阶段514。该锥形元件也能够称为虹膜式光圈锥形元件。除该虹膜式光圈锥形元件之外，该实施方案还包括突然几何变化锥形元件(它沿着在反应器壳508的与第二物料通道534靠近的上部分中的一组90°锥形元件角度)，几何结构突然地从圆柱形体改变为延伸第二反应阶段514的矩形管道。

第一反应阶段512具有3.6838米的底部直径，第二反应阶段514的正圆柱形段具有1.5000米的直径，和第二反应阶段514具有31.0000米的高度。将第二反应阶段514连接到分离元件522的矩形管道具有1.0000米的高度，0.7500米的宽度，和0.5000米的长度。反应区510的总体积被计算为157.9343立方米。

实施例5B

参见图5A-D的实施方案，并且使用实施例5A的尺寸，第一反应阶段512的体积被选择为第一反应阶段512和第二反应阶段514的体积总和的65％，它是102.6573立方米。第一物料通道536，固体颗粒状催化剂、转化产物和未反应的原料经由它从第一反应阶段512中流出而进入到第二反应阶段514，因此构造成横截平面，在反应器壳508之内和平行于整平地面，具有在最低的原料入口516之上11.0588米的高度(和进一步具有1.5000米的直径)，它提供所选择的第一反应阶段体积。第二反应阶段514的体积，以第一物料通道536的所选择位置为基础，是差额55.2770立方米。

实施例5C

参见图5A-D，并且使用实施例5A的尺寸连同在实施例5B中第一物料通道352的所选择位置，第一反应阶段512具有11.0588米的高度，9.2829平方米的AECSA，和3.4379米的AED。第二反应阶段514具有30.5000米的长度[(31.0000m-1.0000m)+0.5000m]，1.8124平方米的AECSA，和1.5191米的AED。因此，第二反应阶段的长度与AED的比率是20.0777，和第一反应阶段AED与第二反应阶段AED的比率是2.2631。

实施例6A

参见图6A-C，反应区612的体积是1215.7631米。第一反应阶段614的体积被选择为反应区612的体积的55％，它是668.6697立方米。第一物料通道646，固体颗粒状催化剂、转化产物和未反应的原料经由它从第一反应阶段614中流出而进入到第二反应阶段616，因此构造成横截平面，在反应器壳610之内和平行于整平地面，具有在最低的原料入口618之上31.5078米的高度(和进一步具有3.0000米的直径)，它对应于所选择的第一反应阶段体积。在反应区612底部的圆锥体的正截头锥体具有45度的连续、恒定锥形元件角度，以及汇合到第一物料通道646的10度的连续、恒定锥形元件角度。第二反应阶段616的体积是差额547.0934立方米。

实施例6B

参见图6A-C，第一反应阶段614具有31.5078米的高度，21.2224平方米的AECSA，和5.1982米的AED。第二反应阶段616具有73.6566米的长度，7.4276平方米的AECSA，和3.0752米的AED。因此，第二反应阶段的长度与AED的比率是23.9518，和第一反应阶段AED与第二反应阶段AED的比率是1.6904。

实施例7A

参见在图7A-C中的实施方案，反应区708的体积是1225.2529立方米。第一反应阶段714的体积被选择为反应区708的体积的56％，它是686.1416立方米。第一物料通道746，固体颗粒状催化剂、转化产物和未反应的原料经由它从第一反应阶段714中流出而进入到第二反应阶段716，因此构造成横截平面，在反应器壳706之内和平行于整平地面，具有在最低的原料入口718之上39.0199米的高度(和进一步具有3.0000米的直径)，它对应于所选择的第一反应阶段体积。第二反应阶段716的体积是，按差额，539.1113立方米。

进一步考虑图7A，在该装置底部的圆锥体的延伸元件，正截头锥体具有45度的连续、恒定锥形元件角度，和只在第一物料通道746下的圆锥体的锥形元件、正截头锥体具有10度的连续、恒定锥形元件角度。原料导管712显示为是正圆柱体，并且它们具有以45度角度位于在该装置内的开口端。

实施例7B

参见图7A-C，第一反应阶段714具有39.0199米的高度，17.5844平方米的AECSA，和4.7317米的AED。第二反应阶段716具有72.5274米的长度，7.4332平方米的AECSA，和3.0764米的AED。因此，第二反应阶段的长度与AED的比率是23.5754，和第一反应阶段AED与第二反应阶段AED的比率是1.5381。

实施例8A

参见在图8中的实施方案，反应器壳812的圆柱形段的一部分向下延伸2.0000米进入到较低的截头圆锥形段中，并且被认为相对于在图3A-C中所示和在实施例3A-3C中所述的实施方案而言在较低截头圆锥形段内体积没有变化。(在实际应用中，这可以通过针对伸出的圆柱形段的厚度略微地调节截头圆锥形段的尺寸，也就是说通过保持相同的正截头锥体锥形元件角度和与圆柱形段的交叉点略微地延伸该截头圆锥形段的高度，来实现；为了在图8相对于图3A-C而言并在实施例3A-3C中描述的这一讨论中简单起见，这一计算省略了紧接的假定)。因此，反应区814具有131.4714立方米的体积(描述在实施例3A中的相同体积)。

实施例8B

参见图8的实施方案，并且使用实施例3A的尺寸，第一反应阶段816的体积被选择为第一反应阶段816和第二反应阶段818的体积总和的40％，它是52.5886立方米(等同于前面在实施例3B中对于第一反应阶段316和第二反应阶段318所选择和测定的体积)。第一物料通道852因此被构造成该横截平面，在反应器壳812之内和平行于整平地面，具有在最低的原料入口之上的2.3798米的高度，并且进一步具有3.8706米的直径，它提供所选择的第一反应阶段体积。第二反应阶段818的体积，以第一物料通道852的所选择位置为基础，是差额78.8828立方米。(再一次，等同于在实施例3B中第一物料通道352和第二反应阶段318)。

实施例8C

参见图8，第一和第二反应阶段的AECSA和AED，和它们的各种比率，与在实施例3C中描述的那些相同。因此，一种以上类型的反应器壳构型可以为各种通道提供相同的几何结构和为L₂/AED₂和AED₁/AED₂提供相同的数值结果。

然而应当指出，如图8中所示，将反应器壳的圆柱形段延伸到截头圆锥形段中会改变与在实施例3A-3C中所述的反应区有关的锥形元件的性质。这通过净流的横截面积的定义来想到，因为在反应区814的环形截头锥体段中进行在原料和固体颗粒状催化剂之间的反应的同时，没有从最低的原料入口到第二物料通道的净流在这一段中发生。在实施例3A-3C中描述的实施方案使用具有30度恒定锥形元件角度的正平截圆锥体的锥形元件。在图8中，该锥形元件现在是同一正截头锥体的一部分，导致从截头锥体内的净流的横截面积转变成在正圆柱体内(在该圆柱形段的底部)的净流的横截面积。

实施例9A

参见在图9A-D中的实施方案，第一反应阶段916具有球形部分，该球形部分在最低的原料入口920之上2.0000米的高度上具有从底部圆柱形体的几何中心起始计算的3.0000米的恒定半径，提供了从它的底座(基于6.0000米的直径)到它的顶面(基于4.0000米的直径)的在净流的横截面积上的减少，其中净流的横截面积的减少是通过与四个平行圆柱形体接合来实现的(每一圆柱形体具有1.5000米的直径)。该接合处位于在最低的原料入口920之上4.2361米的高度。

接合到四个平行圆柱形体上的球形部分是锥形元件的另一个实例，在这一情况下是虹膜光圈型和突然几何变化型的结合。四个平行圆柱形体中每一个的高度是距开口槽38.0000米，其中从开口槽到弯曲的矩形管道929的顶部之间的距离是2.000米。

实施例9B

参见图9A-D的实施方案，反应区914的体积是390.8082立方米。第一反应阶段916的体积被选择为反应区914的体积的30％，它是117.2425立方米。第一物料通道952，固体颗粒状催化剂、转化产物和未反应的原料经由它从第一反应阶段916中流出而进入到第二反应阶段918，因此构造成横截平面，在反应器壳912之内和平行于整平地面，具有在最低的原料入口920之上5.5345米的高度，它提供所选择的第一反应阶段体积。第二反应阶段918的体积，以第一物料通道952的所选择位置为基础，是差额273.5657立方米。

实施例9C

参见图9A-D的实施方案，并且使用实施例9A的尺寸，第一反应阶段916具有5.5345米的高度，21.1839平方米的AECSA，和5.1935米的AED。第二反应阶段918具有36.7016米的长度(38.0000m+4.2361m-5.5345m)，和因此它具有21.1839平方米的AECSA，和5.1935米的AED。因此，第二反应阶段的长度与AED的比率是11.9134，和第一反应阶段AED与第二反应阶段AED的比率是1.6858。

Claims (20)

1.烃转化装置，包括：

a)反应器壳，它包括至少一个锥形元件；

b)在反应器壳内的第一反应阶段，具有催化剂入口以接收催化剂到烃转化装置中和原料入口以接收烃原料到烃转化装置中，该第一反应阶段具有至少0.3米的平均等效直径；

c)在反应器壳之内并与第一反应阶段实现流体连通以从第一反应阶段中接收催化剂、烃原料和烃转化产物的第二反应阶段，该第二反应阶段具有至少5.0∶1的长度与平均等效直径比率；和

d)与第二反应阶段实现流体连通以从第二反应阶段中接收催化剂、烃原料和烃转化产物的分离装置，该分离装置用于从烃原料和转化产物中分离催化剂，该分离装置进一步包括烃原料和转化产物出口，和催化剂出口；其中第一反应阶段和第二反应阶段所具有的体积应使得第一反应阶段的体积是第一反应阶段和第二反应阶段的体积总和的至少20％和不大于90％，和第一反应阶段的平均等效直径比第二反应阶段的平均等效直径大了至少1.05倍。

2.权利要求1的烃转化装置，其中第一和第二反应阶段通过物料通道来连接，该物料通道位于比原料入口更高的相对于整平地面的标高。

3.权利要求1或2的烃转化装置，其中该烃原料和转化产物出口位于比催化剂出口更高的相对于整平地面的标高。

4.前述权利要求中任何一项的烃转化装置，其中第二反应阶段具有至少0.3米和不大于5.0米的平均等效直径。

5.前述权利要求中任何一项的烃转化装置，其中第一反应阶段具有至少0.5米和不大于25.0米的平均等效直径。

6.前述权利要求中任何一项的烃转化装置，其中至少一个锥形元件是以至少2.0°和不大于80.0°的角度呈现锥形。

7.前述权利要求中任何一项的烃转化装置，进一步包括催化剂循环导管，后者连接到烃转化装置中以使催化剂从催化剂出口流动到第一反应阶段。

8.权利要求7的烃转化装置，进一步包括催化剂冷却器，后者经过定位以从流过催化剂循环导管的催化剂中除去热量。

9.权利要求7或8的烃转化装置，进一步包括流量控制装置，后者经过定位以控制催化剂从催化剂出口到第一反应阶段的流动。

10.权利要求7、8或9的烃转化装置，进一步包括与催化剂出口实现流体连通的催化剂再生器。

11.权利要求10的烃转化装置，进一步包括在催化剂出口和催化剂再生器之间的催化剂抽提塔。

12.烃原料转化成产物的方法，包括：

a)让烃转化催化剂与烃原料在第一反应阶段中接触，以至少20.0％和不大于98.0％的第一烃原料转化率形成产物，和

b)让产物、任何未转化的烃原料、和烃转化催化剂从第一反应阶段流入到第二反应阶段中，以使烃原料的转化在第二反应阶段中继续进行，其中第二反应阶段所具有的平均气体表观速度(GSV)大于第一反应阶段的GSV。

13.权利要求12的方法，其中该产物是在第一反应阶段中以不大于90.0％，优选不大于70.0％，和更优选不大于60.0％的第一烃原料转化率形成。

14.权利要求12或13的方法，其中在第二反应阶段中的转化是以比第一烃原料转化率高至少5.0％，优选比第一烃原料转化率高至少10.0％，和更优选比第一烃原料转化率高至少20.0％的第二烃原料转化率来进行的。

15.前述权利要求中任何一项的方法，进一步包括从第二阶段中的产物和任何未反应的原料中分离该催化剂，其中第二反应阶段具有不大于99.5％的第二烃原料转化率。

16.前述权利要求中任何一项的方法，其中第一反应阶段具有至少0.5米/秒，优选至少2.0米/秒，和更优选至少3.0米/秒的GSV。

17.权利要求16的方法，其中第二反应阶段具有至少1.0米/秒，优选至少3.0米/秒，和更优选至少5.0米/秒的GSV。

18.前述权利要求中任何一项的方法，其中该烃原料是含氧化合物和该催化剂是含氧化合物到烯烃转化催化剂。

19.权利要求18的方法，其中该烃原料是甲醇和该含氧化合物到烯烃转化催化剂是硅铝磷酸盐分子筛催化剂。

20.前述权利要求中任何一项的方法，其中第一和第二反应阶段是在200℃到700℃的温度下。

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