СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ Российский патент 1997 года по МПК C10G11/18 B01J8/24 

Изобретение относится к области нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности и может быть использовано для получения из углеводородного сырья высокооктановых бензинов, ароматических углеводородов, олефинов.

Известен способ конверсии алифатических углеводородов в кипящем слое цеолитного катализатора, в котором подвод тепла в реактор осуществляется при введении в зону реакции топочного газа, практически не содержащего кислорода, образующегося при сгорании в отдельной камере твердого топлива с дефицитом водорода [1]
Известен способ конверсии парафинов в кипящем слое цеолитного катализатора, в котором подвод тепла в реактор осуществляется с помощью теплообменников с теплоносителем, циркулирующим между печью или кипящим слоем катализатора в регенераторе и реактором [2]
Недостатками описанных способов являются необратимые потери тепла регенерации в теплообменных аппаратах и необходимость использования дополнительного оборудования, что усложняет технологический процесс.

Известен способ каталитической паровой дегидроциклизации алканов в присутствии кислорода с подводом в зону реакции тепла с водяным паром [3] Недостатком этого способа является значительное разбавление сырья и продукта, а также невозможность использования более активных цеолитных катализаторов, которые необратимо дезактивируются в условиях процесса водяным паром.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (ближайшим аналогом) является известный способ переработки углеводородов в процессе каталитического крекинга или риформинга, включающий предварительный нагрев сырья, подачу сырья в зону реакции с псевдоожижением слоя катализатора в ней, перемещение катализатора в зону регенерации, окислительную регенерацию закоксованного катализатора в псевдоожиженном слое, возврат отрегенерированного катализатора в зону реакции и отделение продуктов реакции от катализатора [4] Недостатком описанного способа являются необходимость организации мощных потоков циркулирующего катализатора, так как тепло, требуемое для реализации процесса в зоне реакции, выделяется при окислении кокса в зоне регенерации и непрерывно переносится к циркулирующим катализатором в зону реакции.

При этом величина циркуляции катализатора определяется не только требуемой активностью катализатора в реакции, но и количеством тепла, которое необходимо подвести в зону реакции с катализатором.

Кроме того, тепло регенерации катализатора используется недостаточно эффективно, так как при переносе тепла из одной зоны в другую с потоком катализатора существуют необратимые потери тепла.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение технологического процесса и увеличение выхода целевого продукта при максимальном использовании тепла регенерации катализатора и теплоты сгорания побочных продуктов реакции.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе переработки углеводородного сырья, включающем предварительный нагрев сырья, подачу сырья в зону реакции с псевдоожижением слоя катализатора, перемещение катализатора в зону регенерации, окислительную регенерацию закоксованного катализатора в псевдоожиженном слое, возврат отрегенерированного катализатора в зону реакции и отделение продуктов реакции от катализатора, согласно изобретению, подачу сырья в зону реакции и псевдоожижение слоя катализатора осуществляют с одновременной подачей в зону реакции кислорода или кислородсодержащей смеси на одном или более уровнях по высоте слоя катализатора в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород:сырье в пределах от 0,01: 1,0 до 0,10:1,0 соответственно, а окислительную регенерацию закоксованного катализатора осуществляют в зоне регенерации, имеющей прямой тепловой контакт с псевдоожиженным слоем катализатора в зоне реакции через поверхности, разделяющие эти зоны, причем катализатор из зоны реакции перемещают в зону регенерации и выводят отрегенерированный катализатор в зону реакции со скоростью, обеспечивающей уровень равновесной активности катализатора в зоне реакции и составляющей от 0,05 до 2,00 мас. частей катализатора на 1 мас. часть поданного в зону реакции сырья, при этом в зону регенерации подают кислород или кислородсодержащую смесь в количестве, обеспечивающем регенерацию катализатора и его псевдоожижение с максимальной теплоотдачей из зоны регенерации, а в зоне реакции устанавливают гидродинамический режим псевдоожижения, который обеспечивает максимальный отвод тепла от зоны регенерации в зону реакции. В частности, в состав катализатора входя кристаллические металлосиликаты со структурой пентасила, а переработка сырья производится при давлении 0,2-2,0 МПа, температуре 450-560^oC и объемной скорости подачи сырья 0,5-5 ч^-1 (по жидкости).

Сравнение заявляемого технического решения с ближайшим аналогом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в зону реакции одновременно с подачей сырья подают на одном или нескольких уровнях по высоте псевдоожиженного слоя катализатора кислород или кислородсодержащую смесь в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород:сырье от 0,01:1,0 до 0,1:1,0 соответственно, окислительную регенерацию закоксованного катализатора проводят в зоне, имеющей прямой тепловой контакт с зоной реакции через поверхности их разделяющие, а циркуляцию катализатора между зоной реакции и зоной регенерации устанавливают по условиях обеспечения требуемого уровня равновесной активности катализатора в зоне реакции и составляющей от 0,05 до 2,00 мас. частей катализатора на 1 мас. часть сырья, поданного в зону реакции. Регенерация закоксованного катализатора в зоне регенерации осуществляется в псевдоожиженно слое с обеспечением гидродинамического режима псевдоожижения с максимальной теплоотдачей из зоны регенерации на поверхности ее ограничивающие, а псевдоожижение катализатора в зоне реакции осуществляют в режимах, характеризующихся максимальным отводом тепла от зоны регенерации в зону реакции. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

При рассмотрении других известных технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающих заявляемое изобретение от ближайшего аналога, не была выявлена, что и обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ переработки углеводородного сырья поясняется фиг.1, на которой изображен общий вид установки в разрезе, где:
1 реактор;
2 зона реакции;
3 распределители кислорода или кислородсодержащей смеси;
4 регенератор;
5 зона регенерации;
6 устройство подачи катализатора в регенератор;
7 устройство вывода катализатора реакции от катализатора;
8 устройство отделения продуктов реакции от катализатора;
9 устройство отделения газов регенерации от катализатора.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Сырье, в качестве которого могут быть использованы отходящие газы нефтепереработки, широкие фракции легких углеводородов (ШФЛУ), газоконденсаты, прямогонные и вторичные бензины, предварительно разогретое до необходимой температуры, подают в реактор 1, заполненный катализатором, где в зоне реакции 2 происходит псевдоожижение слоя катализатора и реакция каталитической конверсии сырья. Через распределители 3 в зону реакции подают необходимое для поддержания требуемой температуры в зоне реакции количество кислорода или кислородсодержащей смеси. Катализатор из псевдоожиженного слоя зоны реакции поступает в регенератор 4, где в псевдоожиженном слое в зоне регенерации 5 происходит выжигание кокса и адсорбированных на катализаторе углеводородов за счет подачи в эту зону кислорода или кислородсодержащей смеси.

Циркуляцию катализатора осуществляют с помощью устройства 6 подачи катализатора в регенератор и устройства 7 вывода катализатора из регенератора.

Продукты реакции выводятся из реактора через устройство 8 отделения катализатора от продуктов реакции, а дымовые газы регенерации отдельным потоком выводятся из регенератора через устройство 9 отделения катализатора от газов регенерации. Устройства 8 и 9 представляют собой либо фильтры, либо другие известные средства отделения газа от твердых частиц.

При окислительной регенерации катализатора происходит интенсивное выделение тепла, которое в условиях эффективной теплопередачи в псевдоожиженном слое передается из зоны регенерации в зону реакции и полностью или частично компенсирует эндотермический эффект реакций конверсии сырья.

Условия осуществления данного способа переработки зависят как от типа сырья, так и от свойств применяемого катализатора. При использовании микросферических цеолитсодержащих катализаторов линейные скорости паров сырья составляют 0,03-0,30 м/с при давлении в зоне реакции 0,1-2,0 МПа, а объемная скорость подачи сырья (по жидкости) составляет 0,5-5,0 ч^-1. Температура проведения реакции конверсии для бензиновых фракций на цеолитсодержащих катализаторах не превышает, как правило, 500^oC, и для компенсации эндотермического эффекта реакции практически достаточно тепла, выделяющегося в зоне регенерации катализатора. Кислород или кислородсодержащую смесь при этом подают в зону реакции в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород:сырье в пределах от 0,01:1,0 до 0,03:1,0.

При необходимости увеличения концентрации ароматических углеводородов в продуктах реакции конверсии бензиновых фракций температура реакции повышается до 530-540^oC с увеличением подачи в зону реакции кислорода или кислородсодержащей смеси в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород:сырье до 0,5:1,0.

При переработке газов, ШФЛУ коксоотложение на катализаторе уменьшается, следовательно снижается и тепловыделение при регенерации катализатора, и недостающее тепло выделяется при подаче в зону реакции кислорода или кислородсодержащей смеси в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород:сырье от 0,05:1,0 до 0,1:1,0.

Тепловыделение в зоне реакции происходит за счет сгорания главным образом, водорода и легких углеводородных газов С₁ и C₂ - пробочных продуктов реакции конверсии регулируют подачей кислорода в зону реакции в зависимости от количества сгорающих в регенераторе углеводородов.

Режим регенерации катализатора устанавливают в зависимости от типа сырья, обеспечивая высокую равновесную активность катализатора в зоне реакции, полноту регенерации подаваемого в регенератор катализатора контролируют по наличию кислорода в дымовом газе регенерации.

В таблице приведены условия и результаты переработки углеводородного сырья на цеолитсодержащих катализаторах по предложенному способу, осуществленные на опытной установке, схема которой соответствует приведенному чертежу.

Использование предлагаемого способа переработки углеводородного сырья обеспечивает, по сравнению с существующими способами, следующие преимущества:
позволяет увеличить на 15-20% содержание ароматических углеводородов в целевых продуктах реакции ароматизация сырья за счет сдвига равновесия реакций гидрирования дегидрирования при сгорании водорода в зоне реакции;
проводить двухстадийный процесс в одном реакционном аппарате с псевдоожиженными слоями катализатора с максимально эффективной теплопередачей и наиболее полным использованием теплоты сгорания углеводородов в регенерационной зоне и в зоне реакции;
регенерация катализатора осуществляется при относительно низких температурах 510-580^oC с эффективным отводом тепла от регенерируемого катализатора, что способствует снижению скорости необратимой дезактивации катализатора;
циркуляция катализатора между зонами реакции и регенерации осуществляется с невысокой скоростью, необходимой только для регенерации катализатора и поддержания его равновесной активности в зоне реакции, что уменьшает абразивный износ катализатора (его истирание).

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: углеводородное сырье контактируют с псевдоожиженным слоем катализатора. Подачу сырья и псевдоожижение проводят с одновременной подачей в зону реакции кислорода или кислородсодержащей смеси на одном или более уровнях по высоте слоя катализатора в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород:сырье 0,01:1,0-0,10: 1,0. Окислительную регенерацию закоксованного катализатора проводят в зоне регенерации, имеющей прямой тепловой контакт со слоем катализатора в зоне реакции через поверхности, разделяющие эти зоны, причем катализатор из зоны реакции перемещают в зону регенерации и выводят отрегенерированный катализатор в зону реакции со скоростью, обеспечивающей уровень равновесной активности катализатора в зоне реакции и составляющей 0,05-2,00 мас.частей катализатора на 1 мас. часть поданного в зону реакции сырья. Кислород или кислородсодержащую смесь подают в зону регенерации в количестве, обеспечивающем регенерацию катализатора и его псевдоожижение с максимальной теплоотдачей из зоны регенерации. В зоне реакции устанавливают гидродинамический режим псевдоожижения, который обеспечивает максимальный отвод тепла от зоны регенерации в зоне реакции. Способ проводят при 450-560^oC, 0,2-2,0 МПС, объемной скорости подачи сырья 0,5-5,0^-1. Используют катализатор, содержащий кристаллические металлосиликаты со структурой пентасила. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ переработки углеводородного сырья, включающий предварительный нагрев сырья, подачу сырья в зону реакции с псевдоожижением слоя катализатора, перемещение катализатора в зону регенерации, окислительную регенерацию закоксованного катализатора в псевдоожиженном слое, возврат отрегенерированного катализатора в зону реакции и отделение продуктов реакции от катализатора, отличающийся тем, что подачу сырья в зону реакции и псевдоожижение слоя катализатора осуществляют с одновременной подачей в зону реакции кислорода или кислородсодержащей смеси на одном или более уровнях по высоте слоя катализатора в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород:сырье в пределах от 0,01:1,0 до 0,10:1,0 соответственно, а окислительную регенерацию закоксованного катализатора осуществляют в зоне регенерации, имеющей прямой тепловой контакт со слоем катализатора в зоне реакции через поверхности, разделяющие эти зоны, причем катализатор из зоны реакции перемещают в зону регенерации и выводят отрегенерированный катализатор в зону реакции со скоростью, обеспечивающей уровень равновесной активности катализатора в зоне реакции и составляющей от 0,05 до 2,00 мас. ч. катализатора на 1 мас. ч. поданного в зону реакции сырья, при этом в зону регенерации подают кислород или кислородсодержащую смесь в количестве, обеспечивающем регенерацию катализатора и его псевдоожижение с максимальной теплоотдачей из зоны регенерации, а в зоне реакции устанавливают гидродинамический режим псевдоожижения, который обеспечивает максимальный отвод тепла от зоны регенерации в зону реакции. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор имеет в своем составе кристаллические металлосиликаты со структурой пентасила. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что переработку сырья проводят при давлении 0,2 2,0 МПа и температуре 450 560^oС в зоне реакции с объемной скоростью подачи сырья 0,5 5 ч^- 1 (по жидкости).