СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ И АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C10G11/18 B01J8/24 

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

Известен способ конверсии парафинов в кипящем слое цеолитного катализатора, в котором подвод тепла в реактор осуществляется с помощью теплообменников с теплоностелем, циркулирующим между печью или кипящим слоем катализатора в регенераторе и реактором /1/.

Известен способ каталитической паровой дегидроциклизации алканов в присутствии кислорода с подводом в зону реакции тепла с водяным паром /2/. Недостатками первого описываемого способа являются необратимые потери тепла регенерации в теплообменных аппаратах и необходимость использовать дополнительное оборудование, что значительно усложняет технологический процесс.

Недостатками второго способа являются значительное разбавление сырья и продукта, а также невозможность более активных цеолитных катализаторов, которые необратимо дезактивируются в условиях процесса с водяным паром.

Известен аппарат для газификации угля, включающий корпус, в который коаксиально помещена вытяжная труба с открытым внизу концом, имеющая сверху колпак со стаканом. Аппарат снабжен патрубками для раздельной подачи водяного пара, воздуха, отвода продуктов реакции и регенерации. Порошок угля движется за счет потока подаваемого водяного пара вверх внутри вытяжной реакционной трубы в псевдоожиженном слое, где происходит химическая реакция, и вниз в псевдоожиженном слое, в кольцевом пространстве снаружи вытяжной трубы, где происходит регенерация угля /3/.

Основным недостатком этого аппарата является необходимость строгого поддержания баланса давления внутри и снаружи реакционной трубы для того, чтобы исключить прохождение водяного пара в кольцевое регенерационное пространство и воздуха в вытяжную реакционную трубу.

Ближайшим аналогом заявляемого способа является способ переработки углеводородов в процессе каталитического крекинга или риформинга, включающий предварительный нагрев сырья, подачу его в зону реакции, псевдоожижение в зоне слоя катализатора, перемещение катализатора в зону регенерации, окислительную регенерацию закоксованного катализатора в псевдоожиженном слое, возврат отрегенерованного катализатора в зону реакции и отделение продуктов реакции от катализатора /4/. Недостатком известного способа является необходимость создания мощных потоков циркулирующего катализатора, т. к. тепло, необходимое для реализации процесса в зоне реакции, выделяется при окислении кокса в зоне реакции. Кроме того, тепло регенерации катализатора используется недостаточно эффективно, т. к. при переносе тепла из одной зоны в другую с потоком катализатора происходят потери тепла.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для конверсии жидких реакционных потоков, например, нефтяного газойля в более легкие фракции, в присутствии тонкоизмельченных частиц, поддерживаемых в суспензии. Аппарат состоит из корпуса, в который коаксиально помещена открытая сверху и снизу труба. Пространство внутри трубы образует реакционную зону, кольцевое пространство снаружи трубы является регенерационной зоной. В верхней части корпуса расположены сепарационная камера с встроенными циклонами и отделенная от корпуса перегородками, образующими U-образный проход из сепарационной камеры в регенератор. К нижней части корпуса присоединена отводная труба. Имеются патрубки для ввода сырья и газа на регенерацию и отвода продуктов реакции и регенерации. Поток твердых частиц из сепарационной камеры ссыпается в регенератор и далее в отводную трубу, откуда транспортируется потоком сырья и поступает в реактор. Продукты реакции и унесенный катализатор попадают в сепарационную камеру, где происходит разделение газовой и твердой фаз /5/.

Основным недостатком этого аппарата является то, что эффективный теплообмен в системе реактор-регенератор осуществляется на небольшой части поверхности реактора в плотном слое катализатора и вследствие ограниченного подвода тепла требуется высокая скорость циркуляции катализатора в системе реактор-регенератор.

При каталитической конверсии низкооктановых бензинов на катализаторах из высококремнеземных цеолитов процесс образования высокооктановых компонентов бензина и углеводородных газов, главным образом С₃-С₄, протекает с большим эндотермическим эффектом. Вследствие этого для достижения глубокой конверсии требуется интенсивный подвод тепла и оперативное регулирование теплообмена в системе реактор-регенератор. Для увеличения выхода высокооктанового бензина необходима переработка образующихся в процессе конверсии бензина углеводных газов С₃-С₄ в дополнительном реакторе.

Целью изобретения является упрощение технологического процесса, увеличение выхода целевого продукта при максимальном использовании тепла регенерации катализатора и теплоты сгорания побочных продуктов реакции.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки углеводородного сырья, включающем предварительный нагрев сырья, подачу его в зону основной реакции с псевдоожижением слоя катализатора, перемещение катализатора в зону регенерации, окислительную регенерацию закоксованного катализатора в псевдожиженном слое, возврат отрегенерированного катализатора в зону реакции и отделение продуктов реакции от катализатора, согласно изобретению одновременно с подачей сырья в зону оснований реакции осуществляют подачу другого вида сырья в зону дополнительной реакции с одновременным псевдоожижением слоя катализатора в этих зонах, при этом в зону основной и зону дополнительной реакции подают на одном или более уровнях по высоте псевдоожиженного слоя кислород или кислородсодержащую смесь, а окислительную регенерацию закоксованного катализатора осуществляют в зоне регенерации, имеющей непосредственный тепловой контакт со слоями катализаторов зон основной и дополнительной реакций через поверхности, разделяющие эти зоны, причем катализатор непрерывно перемещают из зоны основной реакции в зону регенерации с последующим перемещением отрегенерированного катализатора в зону дополнительной реакции, а затем в зону основной реакции. Кроме того, в зоны основной и дополнительной реакций подают кислород или кислородсодержащую смесь в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород/ сырье в пределах от 0,01 1 до 0,1 1, а в зону регенерации кислород или кислородсодержащую смесь подают в количестве, обеспечивающем регенерацию катализатора и его псевдоожижение с максимальной теплоотдачей из зоны регенерации. При этом отрегенерированный катализатор выводят из зоны регенерации в зону дополнительной реакции со скоростью, обеспечивающей уровень активности катализатора в зонах реакций, а в зонах основной и дополнительной реакций устанавливают гидродинамический режим псевдоожижения, обеспечивающий максимальный отвод тепла от зоны регенерации.

Поставленная цель достигается также тем, что в аппарате для переработки углеводородного сырья, содержащем основной реактор, выполненный в виде вертикального цилиндрического корпуса с распределительной решеткой, регенератор с распределительной решеткой, соосно установленный в основном реакторе, опускные стояки возврата катализатора, установленные в основном реакторе и регенераторе, патрубки ввода сырья и воздуха, патрубки вывода продуктов реакции и регенерации, устройства отделения продуктов реакции и газов регенерации от катализатора, согласно изобретению в регенераторе установлен коаксиально дополнительный реактор с распределительной решеткой и патрубком для ввода сырья, кроме того, регенератор оснащен транспортным патрубком для перемещения катализатора из основного реактора в регенератор с возможностью регулирования расхода катализатора, а в дополнительном реакторе размещен опускной стояк возврата катализатора из регенератора.

Расход катализатора по транспортному патрубку регулируется с помощью известных устройств для регулировки расхода сыпучих материалов (механических или газодинамических), например с помощью воздушного двухфазного эжектора, установленного в месте соединения транспортного патрубка с регенератором. Расход катализатора в этом случае определяется расходом подаваемого в эжектор воздуха, составляющего, как правило, не более 5 от расхода кислородсодержащей смеси, подаваемой в регенератор. Отпарка катализатора от продуктов реакции перед подачей его в регенератор с целью упрощения технологического процесса не проводится, так как тепло сгорания в регенераторе адсорбированных на катализаторе углеводородов полезно и эффективно используется в зонах основной и дополнительной реакций.

На чертеже дан предлагаемый аппарат, где 1 основной реактор; 2 - регенератор; 3 дополнительный реактор; 4, 5, 6 распределительные решетки соответственно основного реактора, регенератора и дополнительного реактора; 7 транспортный патрубок; 8 патрубок ввода сырья в основной реактор; 9 - патрубок ввода сырья в дополнительный реактор; 10 патрубок вывода газов регенерации и катализатора; 11 патрубок вывода продуктов реакции; 12 - устройство отделения газов регенерации от катализатора; 13 устройство отделения продуктов реакции от катализатора; 14 опускной стояк дополнительного реактора, 15-опускной стояк основного реактора; 16, 17 - кольцевые распределители соответственно дополнительного реактора и основного реактор; 18, 19 патрубки подачи кислорода или кислородсодержащей смеси в кольцевые распределительные трубы соответственно дополнительного и основного реакторов; 20 патрубок ввода кислорода или кислородсодержащей смеси в регенератор.

Способ реализуется в предлагаемом устройстве следующим образом. Сырье, в качестве которого могут быть использованы бензиновые фракции с преимущественным содержанием углеводородов С₅ и выше, разогретое до необходимой температуры, подают в основной реактор 1, заполненный катализатором, через патрубок 8 под распределительную решетку 4, где в зоне основной реакции I происходит псевдоожижение катализатора и реакция каталитической конверсии. Через патрубок 19 и кольцевой распределитель 17 подают в зону основной реакции I необходимое количество кислорода или кислородсодержащей смеси для поддержания в зоне 1 требуемой температуры.

Одновременно через патрубок 9 под решетку 6 в дополнительный реактор 3, заполненный катализатором, подают сырье в виде углеводородных газов с преимущественным содержанием углеводородов С₃-С₄, в зоне дополнительной реакции II происходит псевдоожижение слоя катализатора и реакция каталитической конверсии в условиях, отличающихся от условий в зоне основной реакции I.

Через патрубок 18 и кольцевой распределитель 16 в зону дополнительной реакции II подают необходимое количество кислорода или кислородсодержащей смеси. В регенератор 2, заполненный катализатором, через патрубок 20 и распределительную решетку 5 подают кислород или кислородсодержащую смесь, который псевдожижает слой катализатора в зоне регенерации III с окислением кокса на катализаторе (окислительной регенерацией).

Гидродинамический режим псевдожижения в зонах основной I и дополнительной II реакций устанавливают таким, чтобы он обеспечивал максимальный отвод тепла от зоны реакций. Режим псевдоожижения определяется объемной скоростью подачи сырья в зоны основной и дополнительной реакций.

Катализатор из псевдоожиженного слоя зоны реакции I поступает в регенератор 2, где в псевдоожиженном слое в зоне регенерации III происходит выжигание кокса и адсорбированных на катализаторе углеводородов за счет подачи в эту зону кислорода или кислородсодержащей смеси.

Циркуляцию катализатора осуществляют с помощью транспортного патрубка 7 подачи катализатора в регенератор и патрубка 10 вывода газов регенерации и катализатора из регенератора, с возвратом отделенного от газов в устройстве 12 катализатора по опускному стояку 14 в дополнительный реактор 3. Из дополнительного реактора 3 катализатор поступает в основной реактор 1, так как объемы основного и дополнительного реактора сообщаются между собой на уровне верхней границы кипящих слоев катализатора.

Продукты реакции выводятся из реактора через устройство 13 отделения катализатора от продуктов реакции, а дымовые газы регенерации отдельным потоком выводятся через устройство 12 отделения катализатора от газов регенерации. Устройства 12 и 13 представляют собой известные средства отделения газа от твердых частиц, например, циклоны, фильтры.

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

В таблице приведены условия и результаты переработки различного углеводородного сырья на цеолитсодержащих катализаторах, осуществленные на пилотной установке.

Вариант А переработка сырья только в зоне основной реакции I, псевдоожижение катализатора в зоне дополнительной реакции II осуществлялись подачей инертного газа (азота).

Вариант Б переработка сырья (по предлагаемому способу) с подачей исходного сырья (100 мас.) в зону основной реакции I и с подачей в зону дополнительной реакции II потока углеводородов С₃-С₄, выделенных из потока продуктов реакции, выводимых из реактора.

При переработке газовых фракций С₃-С₄ в зоне дополнительной реакции II выход жидких продуктов С_5+b составляет 32.36 мас. от потока подаваемого в эту зону газообразного сырья (за один проход). Поэтому переработка проводится с рециркуляцией непревращенной в зоне II части газов, выделенной при разделении продуктов реакции. Таким образом, полный сырьевой поток питания зоны дополнительной реакции II складывается из газовых фракций С₃-С₄, образовавшихся в зоне основной реакции I (свежее питание), и рециклового потока газов, возвращаемого в зону дополнительной. Переработка газовых фракций С₃-С₄ с рециклом непревращенной части газового сырья позволяет повысить выход целевого продукта (фракций С_5+b) до 55 58 мас. на сырьевой поток свежего питания зоны II (газовые фракции С₃-С₄, образовавшиеся в зоне основной реакции I).

Потери углеводородов в предлагаемом способе переработки складываются из углеводородов и кокса, сгоревших в регенераторе, и углеводородов, сгоревших в зонах основной и дополнительной реакций при подаче кислорода или кислородсодержащей смеси в реакторы. Тепло от сгорания этих углеводородов полностью обеспечивает протекание реакций конверсии в зонах основной и дополнительной реакций.

Переработка углеводородного сырья по предлагаемому способу позволяет увеличить выход целевых продуктов (фракций С_5+b) на 15.19 мас. на исходное сырье с одновременным увеличением выхода на 12 15 мас. ароматических углеводородов.

Изобретение относится к нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности и может быть использовано для получения из углеводородного сырья высокооктановых бензинов, олефинов, ароматических углеводов и др. Способ переработки углеводородного сырья заключается в том, что одновременно производят подачу двух разных видов сырья в две зоны реактора - зону основной реакции и зону дополнительной реакции с одновременным псевдоожижением слоя катализатора в этих зонах. Перемещение катализатора происходит в виде бензиновых фракций в зону регенерации, где происходит окислительная реакция закоксованного катализатора, а из зоны регенерации отрегенерированный катализатор перемещается в зону дополнительной реакции, где перерабатываются углеводородные газы, а затем катализатор возвращается в зону основной реакции. Зона регенерации имеет непосредственный тепловой контакт со слоями катализатора в зонах основной и дополнительной реакций через поверхности, разделяющие эти зоны. В зоны основной, дополнительной реакции и зону регенерации подают кислород или кислородсодержащую смесь в количестве, обеспечивающим псевдоожижение катализатора и его регенерацию. Способ переработки углеводородного сырья обеспечивается заявленным устройством. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ переработки углеводородного сырья, заключающийся в предварительном нагреве сырья, подаче его в зону основной реакции с псевдоожижением слоя катализатора, перемещения катализатора в зону регенерации, окислительной регенерации закоксованного катализатора в псевдоожиженном слое, возврате отрегенерированного катализатора в зону реакции и отделении продуктов реакции от катализатора, отличающийся тем, что одновременно с подачей сырья в зону основной реакции осуществляют подачу другого вида сырья в зону дополнительной реакции с одновременным псевдоожижением слоя катализатора в этих зонах, при этом в зону основной и зону дополнительной реакций подают на одном или более уровнях по высоте псевдоожиженного слоя кислород или кислородсодержащую смесь, а окислительную регенерацию закоксованного катализатора осуществляют в зоне регенерации, которая имеет непосредственный тепловой контакт со слоями катализатора зон основной и дополнительной реакций через поверхности, разделяющие эти зоны, причем катализатор непрерывно перемещают из зоны основной реакции в зону регенерации с последующим перемещением отрегенерированного катализатора в зону дополнительной реакции, а затем в зону основной реакции. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают кислород или кислородсодержащую смесь в зону основной и зону дополнительной реакции в количестве, обеспечивающем молярное соотношение кислород: сырье 0,01 0,1 1 соответственно. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают в зону регенерации кислород или кислородсодержащую смесь в количестве, обеспечивающем регенерацию катализатора и его псевдоожижение с максимальной теплоотдачей из зоны регенерации. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отрегенерированный катализатор из одной зоны в другую зону перемещают со скоростью, обеспечивающей уровень равновесной активности катализатора в зонах реакций. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зонах основной и дополнительной реакций устанавливают гидродинамический режим псевдоожижения, который обеспечивает максимальный отвод тепла от зоны регенерации в зоны реакций. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают в зону основной реакции сырье в виде бензиновых фракций с преимущественным содержанием углеводородов С₅ и выше. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зону дополнительной реакции подают сырье в виде углеводородных газов, которые преимущественно содержат углеводороды С₃ С₄. 8. Аппарат для переработки углеводородного сырья, содержащий основной реактор в виде вертикального цилиндрического корпуса и регенератор, с патрубками ввода сырья, патрубками ввода кислорода или кислородсодержащей смеси, патрубками вывода продуктов реакции и газов регенерации, устройствами отделения катализатора от продуктов реакции и газов регенерации, стояками подачи катализатора в регенератор и возврата катализатора в реактор, отличающийся тем, что в регенераторе установлен дополнительный реактор с распределительной решеткой и патрубком ввода сырья и распределителем кислорода и кислородсодержащей смеси, отделенной от регенератора обшей стенкой и объем которого сообщается с объемом реактора в зоне верхней границы кипящих слоев катализатора, причем стояк возврата катализатора из регенератора расположен в дополнительном реакторе, а стояк подачи катализатора из основного реактора в регенератор выполнен с возможностью регулирования скорости подачи катализатора в регенератор.