СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТАЛИЗАТОРА, ЗАГРЯЗНЕННОГО КОКСОМ, ВО ФЛЮИДИЗИРОВАННОМ СЛОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B01J29/90 B01J38/30 

Изобретение касается способа регенерации использованного катализатора, загрязненного коксом, и устройства для осуществления этого способа. Точнее способ касается регенерации катализаторов, загрязненных остатками углеводородов и коксом после реакции с углеводородной загрузкой. Изобретение касается, в частности, катализаторов гидрообработки, гидрокрекинга, каталитического крекинга или любой контактной массы, используемой, например, в процессах термического крекинга.

Предлагаемый способ применим, например, для регенерации катализатора, отработанного в процессах каталитического крекинга во флюидизированном слое, тяжелых углеводородов, имеющих повышенное содержание углерода Конрадзона, таких как атмосферные загрязнения, вакуумные дезасфальтовые отходы, причем эти отходы могут быть гидрообработаны. Этот способ осуществляется при строгом контроле за температурой.

Процессы каталитического крекинга направлены на превращение углеводородных загрузок в более легкие продукты, такие как бензин.

Раньше при обработке относительно легких загрузок, например газойлей, для максимальной эффективности конверсии с использованием очень активных цеолитных катализаторов необходимо было извлекать максимальное количество кокса, который откладываясь на катализаторе, уменьшает его активность в процессе регенерации при температуре 520-800^оС.

В связи с растущей потребностью в топливе стал проявляться интерес к более тяжелым углеводородам с высокой точкой кипения, например с точкой кипения выше 550^оС, у которых высокое содержание углерода Конрадзона или высокая концентрация металлов. Однако кокс и тяжелые углеводороды откладываются на катализаторе в значительном количестве на стадии каталитического крекинга и его регенерация путем выгорания может вызвать значительное выделение тепла, которое способно разрушить аппаратуру и дезактивировать катализатор, а именно, при длительной выдержке при температуре выше 800^оС. В этом случае важно контролировать регенерацию катализатора. Эта проблема возникает и при обычных обработках углеводородных загрузок, в частности более тяжелых загрузок.

Известен способ регенерации катализатора, загрязненного отложенным на нем коксом, во флюидизированном слое, включающий стадию регенерации в по меньшей мере одной зоне регенерации загрязненного катализатора и рециркулируемого со стадии охлаждения в присутствии газа регенерации, содержащего кислород, подачу через канал, наклоненный вниз, части катализатора, содержащегося в зоне регенерации, и дымовых газов в наружный теплообменник, причем место присоединения канала к зоне теплообмена расположено таким образом, чтобы установился слой катализатора в этой зоне до уровня, в основном равного уровню плотного слоя в зоне регенерации, с образованием над ним свободного пространства, охлаждение катализатора в условиях косвенного теплообмена и флюидизации путем подачи газа флюидизации, содержащего кислород, в противотоке с нисходящим катализатором, отделение через свободное пространство теплообменника газа флюидизации и дымовых газов и подачу их в зону регенерации выше плотного слоя катализатора и рециркуляцию охлажденного катализатора из нижней части теплообменника в плотный слой катализатора стадии регенерации путем нагнетания в поток газа флюидизации, содержащего кислород, причем газ для регенерации и газ флюидизации подают раздельно.

Известно устройство для регенерации катализатора, загрязненного коксом, в флюидизированном слое, включающее камеру регенерации, в котором расположен плотный слой катализатора, причем камера снабжена средством для ввода загрязненного катализатора, средством для вывода регенерированного катализатора и средством подачи газа регенерации в плотный слой катализатора, наружный теплообменник для охлаждения катализатора вертикальной формы надлежащей высоты, предусмотренный для приема горячего катализатора и части дымовых газов через наклонный канал, связывающий плотный слой катализатора камеры регенерации с теплообменником и соединенный с камерой регенерации под уровнем плотного слоя, причем теплообменник включает средство для подачи газа флюидизации, расположенное внизу теплообменника, средство для удаления дымовых газов и газа флюидизации, расположенное в верхней части теплообменника и соединенное с камерой регенерации в точке выше уровня плотного слоя катализатора, пучок теплообменных труб, средства для рециркуляции охлажденного катализатора в камеру регенерации, средства подъема охлажденного катализатора с помощью газа флюидизации, содержащего кислород.

Задача изобретения интенсифицировать процесс выгорания катализатора, а также обеспечить гибкость контроля за температурой регенерации и улучшить теплообмен.

Эта задача решается тем, что рециркуляцию охлажденного катализатора из зоны теплообмена осуществляют в участок, находящийся выше участка подачи газа для регенерации.

В соответствии с характеристикой изобретения скорость флюидизации в теплообменнике в основном 0,025-0,75 м/с и наилучшая 0,05-0,30 м/с. В соответствии с другой характеристикой скорость флюидизации в регенераторе в основном 0,6-1,5 м/с и лучше всего 0,8-1,2 м/с.

Для обеспечения удовлетворительного выделения газа флюидизации и дымовых газов регенерации выбирают, как правило, теплообменник, высота которого такова, что свободный объем для освобождения газа флюидизации соответствует высоте 0,1-5 м, предпочтительно 1-2,5 м над уровнем плотного слоя в зоне регенерации. Газ и дымы могут быть удалены из зоны освобождения со скоростью 2-15 м/c, лучше всего 5-8 м/с.

Диаметр патрубка удаления обычно таков, что потеря давления ограничена, например, 0,1 бар. Это соответствует отношению диаметра патрубков впуска катализатора и удаления газов ниже или равному 10, например между 3 и 6.

Предпочитают, чтобы косвенный термообмен был осуществлен ниже места присоединения наклоненного канала для ввода горячего катализатора в теплообменник, поскольку в этих условиях максимально протекает теплообмен со всем циркулирующим катализатором.

Контроль за расходом катализатора, пересекающего теплообменник, и контроль за температурой обычно обеспечивается клапаном на выходе из теплообменника и перед ускоренным подъемом охлажденного катализатора в плотный слой. Этот клапан обычно управляется соответствующими средствами, которые связаны с температурным датчиком, расположенным либо в плотном слое, либо во флюидизированном слое регенератора, и которые постоянно сравнивают сигнал температуры с установочным сигналом, заранее определенным, в зависимости от параметров регенерации и от типа загрузки.

Изобретение относится также к устройству для регенерации во флюидизированном слое катализатора, загрязненного коксом, в котором средство для рециркуляции охлажденного катализатора установлено выходным отверстием в плотном слое катализатора на уровне выше средства подачи газа для регенерации. Согласно изобретению устройство содержит камеру регенерации вертикальной формы с патрубком подачи катализатора, содержащую плотный слой катализатора и средства подачи газа регенерации в плотный слой катализатора, наружный вертикальный теплообменник надлежащей высоты, предусмотренный для приема горячего катализатора и части дымовых газов через наклонный канал, соединяющий плотный слой катализатора камеры регенерации с теплообменником и соединенный камерой регенерации под уровнем плотного слоя, причем теплообменник включает средство для подачи газа флюидизации, расположенное внизу теплообменника; средство для удаления дымовых газов и газа флюидизации, расположенное в верхней части теплообменника и соединенное с камерой регенерации в точке, расположенной над уровнем плотного слоя катализатора; средства рециркулирования, предназначенные для восходящей циркуляции охлажденного катализатора от нижней части теплообменника к плотному слою камеры регенерации, включая средства подъема охлажденного катализатора посредством газа флюидизации, содержащего кислород. Точка соединения теплообменника с наклонным каналом расположена на некотором расстоянии от верхнего конца теплообменника и заключена между четвертью и половиной полной высоты теплообменника, предпочтительно меду четвертью и третью высоты.

Теплообменники могут быть известного типа и обычно состоят из пучков труб, осуществляя косвенный теплообмен с катализатором (змеевики, U-образные трубы, игольчатые или стержневые трубы). Он может циркулировать там либо внутри, либо снаружи. Стенка теплообменника может включать поверхность мембранных труб.

Регенерируемый катализатор в соответствии с изобретением известного типа, такой как кремноземы-глиноземы цеолитического типа, имеет предпочтительно гранулометрию 30-100 мкм.

Изобретение поясняется чертежом.

В регенератор 1, входящий в установку каталитического крекинга, поступает через патрубок 2 цеолитный катализатор, на который отложился кокс во время реакции каталитического крекинга. Через этот патрубок вход в каталитический слой 3 в соответствующем месте. Кислородсодержащий газ регенерации подается по трубопроводу 4 в устройство 5 флюидизации, такое как решетка или кольцо, и обеспечивает постоянную флюидизацию плотного слоя катализатора и сгорание кокса. Дымы регенерации и катализатор разделяются в циклонах (не показаны), и дымы регенерации большей частью удаляются.

Часть горячего катализатора и часть дымов с температурой 600-850^оС извлекаются из плотного слоя 3 в участке, находящемся над устройством 5 подачи воздуха, и подаются под действием силы тяжести через канал 6, наклоненный книзу, например, под углом 30-60^о к оси теплообменника, в теплообменник 7, предназначенный для косвенного теплообмена. Этот вертикальный теплообменник вытянутой цилиндрической формы имеет пучок труб, образованных змеевиками 11, в которых циркулирует соответствующая жидкость, такая как вода под давлением, подводимая по линии 9. По трубопроводу 10 рекуперируют водяной пар, образующийся при теплообмене. Пучок труб предпочитают располагать под наклонным каналом так, чтобы весь извлекаемый катализатор циркулировал через пучок сверху вниз. На нижнем конце 16 теплообменника через средство 8 флюидизации, кольцо или сетку, вводят воздух в противотоке к движению катализатора и поддерживают катализатор в плотном слое при прохождении через пучок труб.

Канал 6 подачи горячего катализатора, наклонный под углом 30-60^о к оси теплообменника, соединен с теплообменником в точке, расположенной под уровнем 12 плотного слоя регенератора, например в точке, расположенной на определенном расстоянии от верхнего края 14 теплообменника, составляющем между четвертью и третью его высоты, так что в верхней части теплообменника катализатор в плотном слое достигает надлежащего уровня 13, который зависит от соответствующих скоростей флюидизации в регенераторе и теплообменнике и, следовательно, от соответствующих объемных масс. Таким образом, может установиться небольшая разница в уровнях катализатора в регенераторе и в теплообменнике.

Высота теплообменника выбирается такой, чтобы по отношению к уровню катализатора в регенераторе установилась свободная зона в теплообменнике, называемая зоной 15 освобождения, высотой 1-2,5 м для возможного отделения дымовых газов регенерации и газа флюидизации. Трубопровод 17 дегазации служит для удаления дымов и газов фазы разжижения из верхней части теплообменника на фазу разжиженной флюидизации 18 над плотным флюидизированным слоем регенератора.

Диаметр теплообменника выбирается таким, чтобы отношение диаметра трубопровода дегазации к диаметру канала 6 впуска катализатора было заключено между 3 и 6. Скорость выхода газов в основном 2-15 м/с. Средства 19 рециркулирования включают трубопровод 20 удаления катализатора, соединенный с Y-образным или J-образным трубопроводом 21. На стыке 21-20 имеется клапан 23 регулирования расхода горячего катализатора, отбираемого по каналу 6 и циркулирующего в теплообменнике.

Средство 22 подъема (газолифт) охлажденного катализатора, соединенное с Y-образным трубопроводом, ускоряет движение катализатора по вертикальному стояку 25 с помощью воздуха флюидизации, вводимого по линии 24. Скорость прохождения катализатора, например, составляет от 1-2 м/с по трубопроводу 20, до 8-12 м/с по стояку 25, из которого катализатор поступает в плотный слой 3 в точке, расположенной выше средств введения воздуха флюидизации, что способствует также регенерации катализатора, которая осуществляется благодаря воздуху, подаваемому средствами впрыскивания воздуха флюидизации, и, отчасти, воздуху, поднимающему охлажденный катализатор в плотный слой. Регенерированный катализатор, охлажденный до 50-150^оС, рециркулирует от регенератора к устройству каталитического крекинга по линии 28 рециркуляции.

Контроль за температурой регенерации осуществляется с помощью системы 26 регулирования, созданной с одной стороны с клапаном 23, расположенным на трубопроводе 20, выводящим катализатор, с другой стороны, с датчиком 27 температуры, помещаемым в плотный слой регенератора. Если сигнал, поступающий с датчика, достигает значения, превышающего значение, которое установлено заранее и выбрано в качестве параметра регенерации и заложено в системе регулирования, то эта система направляет сигнал клапану 23, который увеличивает скорость выводимого катализатора и, исходя из этого, увеличивает подачу катализатора в теплообменник. Это увеличение скоростей подачи способствует снижению температуры регенерации.

Напротив, если отправленный датчиком сигнал достигает значения ниже установленного, то клапан 23 частично закрывается для уменьшения теплообмена, что способствует подъему температуры катализатора в регенераторе. Для иллюстрации представляется следующий пример: Расход катализатора в теплообменнике 310000 кг/ч Температура в плотном слое регенератора 740^оС Температура на выходе из теплообменника 525^оС Количество воздуха флюидизации в теплообменнике 1400 кг/ч Высота пучка теплообменника (змеевика) 5,8 м Высота свободной зоны в теплообменнике 2,5 м Количество теплообмена 8,4х10⁷ кДж/ч Общий расход пара 49530 кг/ч Температура пара 255^оС Давление пара 41,7 бар

Использование: в способе и устройстве для регенерации катализатора, загрязненного коксом. Сущность изобретения: катализатор, загрязненный коксом, регенерируют в камере регенерации в присутствии катализатора, рециркулируемого со стадии охлаждения из теплообменника 7. Кислородсодержащий газ для регенерации подают через средство 5. Через канал 6, наклоненный вниз, отводят часть катализатора, находящегося в зоне регенерации, и дымовые газы в наружный теплообменник 7. Место присоединения канала 6 к зоне теплообмена расположено таким образом, чтобы установился слой катализатора в этой зоне до уровня 13, в основном равного уровню 12 плотного слоя в зоне регенарации, с образованием над ним свободного пространства 15. Охлаждают катализатор в условиях косвенного теплообмена и флюидизации путем подачи газа флюидизации, содержащего кислород, через трубопровод. Отделяют через свободное пространство 15 теплообменника 7 дымовые газы и газы флюидизации. Подают газы в зону регенерации, находящуюся над плотным слоем катализатора. Рециркулируют охлажденный катализатор из нижней части теплообменника в плотный слой катализатора на стадии регенерации путем нагнетания в поток катализатора газа флюидизации через трубопровод 24. Газ для регенерации и газ флюидизации подают раздельно через трубопроводы 4 и 24. Рециркуляцию охлажденного катализатора из зоны теплообмена осуществляют в участок, находящийся выше участка подачи газа для регенерации. 2 с. и 11 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ регенерации катализатора, загрязненного коксом, во флюидизированном слое, включающий регенерацию в по меньшей мере одной зоне регенерации, загрязненного катализатора и катализатора, рециркулируемого со стадии охлаждения, в присутствии кислородсодержащего газа для регенерации, подачу через канал, наклоненный вниз, части катализатора, находящегося в зоне регенерации, и дымовых газов в наружный теплообменник, причем место присоединения канала к зоне теплообмена расположено так, чтобы установился слой катализатора в этой зоне до уровня в основном, равного уровню плотного слоя в зоне регенерации, с образованием над ним свободного пространства, охлаждение катализатора в условиях косвенного теплообмена и флюидизации путем подачи газа флюидизации, содержащего кислород, в противотоке с нисходящим катализатором, отделение через свободное пространство теплообменника дымовых газов и газа флюидизации и их подачу в зону регенерации, находящуюся над плотным слоем катализатора, и рециркуляцию охлажденного катализатора из нижней части теплообменника в плотный слой катализатора стадии регенерации путем нагнетания в поток катализатора газа флюидизации, содержащего кислород, причем газ для регенерации и газ флюидизации подают раздельно, отличающийся тем, что рециркуляцию охлажденного катализатора из зоны теплообмена осуществляют в участок, находящийся выше участка подачи газа для регенерации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость флюидизации в зоне теплообмена 0,025 - 0,75 м/с, наиболее предпочтительная 0,05 - 0,30 м/с. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что скорость флюидизации в зоне регенерации 0,6 - 1,5 м/с, наиболее предпочтительная 0,8 - 1,2 м/с. 4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что высота зоны теплообмена такова, что свободное пространство для освобождения газа флюидизации соответствует высоте 0,1 - 5 м, предпочтительно 1 - 2,5 м над уровнем плотного слоя в зоне регенерации. 5. Способ по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что газ удаляют из свободного пространства со скоростью 2 - 15 м/с, наиболее благоприятная скорость 5 - 8 м/с. 6. Способ по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что почти весь косвенный теплообмен осуществляют под местом присоединения канала. 7. Способ по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что контролируют расход катализатора с помощью по крайней мере одного клапана в нижней части зоны теплообмена. 8. Устройство для регенерации катализатора, загрязненного коксом, во флюидизированном слое, включающее камеру регенерации, в которой расположен плотный слой катализатора, причем камера снабжена средством для ввода загрязненного катализатора, средством для вывода регенерированного катализатора, и средством подачи газа для регенерации в плотный слой катализатора, наружный теплообменник для охлаждения катализатора вертикальный надлежащей высоты, предусмотренный для приема горячего катализатора и части дымовых газов через наклонный канал, связывающий плотный слой катализатора камеры регенерации с теплообменником и соединенный с камерой регенерации под уровнем плотного слоя, теплообменник включает средство для подачи газа флюидизации, расположенное внизу теплообменника, средство для удаления дымовых газов и газов флюидизации, расположенное в верхней части теплообменника и соединенное с камерой регенерации в точке, выше уровня плотного слоя катализатора, пучок теплообменных труб, средства для рециркуляции охлажденного катализатора в камеру регенерации, средства подъема охлажденного катализатора с помощью газа флюидизации, отличающееся тем, что средство для рециркуляции охлажденного катализатора установлено своим выходным отверстием в плотном слое катализатора на уровне выше средства подачи газа для регенерации. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что место присоединения канала расположено на расстоянии от верхнего края теплообменника и включено между четвертью и половиной полной высоты теплообменника, предпочтительно между четвертью и третью высоты. 10. Устройство по пп. 8 и 9, отличающееся тем, что теплообменник содержит пучок теплообменных труб в части теплообменника, расположенной под местом присоединения канала. 11. Устройство по пп. 8 - 10, отличающееся тем, что средства для рециркуляции охлажденного катализатора включают клапан регулирования расхода катализатора, расположенный под нижним концом теплообменника. 12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средство для подачи газа регенерации выполнено в виде решетки, а средства рециркуляции установлены своим выходным отверстием в плотном слое катализатора выше решетки. 13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средства рециркуляции содержат соединительную деталь в форме Y или J под нижним концом теплообменника, которая включает средства подъема катализатора.