МНОГОПРОХОДНЫЕ РЕШЕТКИ РЕГЕНЕРАТОРА СИСТЕМЫ РЕАКТОРА ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ МЕТАНОЛА В ОЛЕФИНЫ Российский патент 2016 года по МПК B01J8/44 B01J38/00 B01J38/12 B01J38/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к процессам и устройствам для регенерации катализаторов, где катализаторы контактируют с газом регенерации. В частности, настоящее изобретение относится к конструкциям внутренних частей регенератора для распределения газа регенерации и его контакта с твердыми частицами.

Уровень техники

Регенерация катализатора влечет за собой контакт катализатора с газом регенерации. Как правило, процесс регенерации включает в себя выжигание и сгорание отложений углерода на катализаторе или кокса. Кокс сгорает с помощью горячего, но обедненного кислородом газа для регенерации катализатора. Катализатор требует достаточного времени пребывания для протекания через регенератор и обеспечения достаточного времени для сжигания кокса на катализаторе.

Катализатор протекает через регенератор в нижнем направлении в виде псевдоожиженного слоя, при этом газ регенерации или газ сгорания протекает в верхнем направлении через слой катализатора для удаления кокса на катализаторе.

Типовой процесс часто приводит к неравномерному сгоранию и, следовательно, неравномерной регенерации катализатора.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предлагает более эффективный регенератор катализатора для системы реактора для превращения метанола в олефины. Регенератор непрерывно регенерирует отработанный катализатор посредством сжигания кокса, образованного во время процесса реакции превращения метанола в олефины. Регенератор по настоящему изобретению включает в себя сосуд, имеющий впуск катализатора, выпуск катализатора, впуск газа и выпуск газа. Сосуд включает в себя множество многопроходных решеток, которые расположены внутри сосуда. Каждая решетка расположена горизонтально и проходит в поперечном сечении сосуда, при этом решетки расположены на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении внутри сосуда. Каждая решетка содержит множество небольших отверстий, имеющих размер, достаточный для протекания газа через решетки, при этом отверстия достаточно малы, чтобы препятствовать протеканию частиц катализатора. Решетки также включают в себя, по меньшей мере, одно большое отверстие для протекания катализатора в нижнем направлении от одной решетки к другой. Большие отверстия предпочтительно смещены относительно больших отверстий соседних решеток для направления потока катализатора частично вдоль решеток перед протеканием вниз к следующей решетке.

Другие предметы, преимущества и применения настоящего изобретения станут понятными специалистам в этой области из приведенного ниже подробного описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан вариант выполнения регенератора с первой конструкцией и ориентацией решетки;

На фиг. 2 - первый вариант выполнения регенератора с установленными первыми решетками, которые проходят по поперечному сечению регенератора;

На фиг. 3 - другой вариант выполнения регенератора с установленными вторыми решетками с большими отверстиями, которые проходят по поперечному сечению регенератора; и

На фиг. 4 - другой вариант выполнения конструкции решетки для регенератора.

Осуществление изобретения

Регенератор содержит сосуд для катализатора, который протекает через сосуд в нижнем направлении, при этом через катализатор в верхнем направлении протекает поток горячего газа, выжигая кокс из катализатора. В некоторых катализаторах сосуд требует использования глубокого слоя катализатора, например используемого в регенераторе катализатора системы реактора для превращения метанола в олефины. Известно, что глубокие слои катализатора вызывают проблемы с распределением потока газа. Глубокий слой катализатора также образует значительные потоки частиц в псевдоожиженном слое, что может привести к возникновению сегрегированных областей и нежелательным распределениям степеней регенерации катализатора. Было исследовано распределение потока газа в глубоком слое катализатора и установлено, что пузырьки газа объединяются и создают большие пузырьки газа. Это ведет к образованию областей пузырьков газа внутри псевдоожиженного слоя, где имеется большое количество газа и мало катализатора. В результате внутри слоя катализатора в генераторе образуются различные плотности, что влияет на протекание и циркуляцию катализатора, а также время контакта с газом и время пребывания катализатора. Одна из проблем в случае таких режимов протекания состоит в том, что катализатор не регенерируется равномерно и уменьшает скорость выжигания углерода.

Настоящее изобретение представляет собой конструкцию для протекания частиц катализатора через регенератор в нижнем направлении, которые при этом контактируют с протекающим в верхнем направлении газом сгорания. Поток газа является достаточным для псевдоожижения частиц катализатора, при этом он может контактировать с коксом, выжигая его из частиц катализатора. Частицы катализатора протекают сверху вниз через группу решеток для поддержания распределения частиц катализатора. Решетки обеспечивают протекание частиц катализатора и препятствуют объединению пузырьков воздуха в псевдоожиженном слое.

Решетки продолжаются горизонтально вдоль поперечного сечения регенератора, и каждая решетка имеет множество небольших отверстий для протекания газа через решетки. Небольшие отверстия имеют достаточно небольшие размеры, чтобы препятствовать прохождению частиц катализатора. Решетки могут включать в себя большое отверстие для прохождения частиц катализатора или могут продолжаться вдоль части поперечного сечения регенератора с отверстием или пространством между секцией решетки и стенкой регенератора. Площадь пропускного сечения большого отверстия или пространства между концом решетки и стенкой регенератора имеет размеры, обеспечивающие протекание частиц катализатора.

Решетки препятствуют неравномерному распределению газа за счет распределения потока вдоль горизонтального сечения сосуда, при этом поток газа поднимается вверх и вступает в контакт с частицами катализатора. Это препятствует образованию областей катализатора с высокой плотностью и обеспечивает улучшенный контакт с катализатором. Решетки создают возможность движения катализатора в регенераторе сверху вниз без образования, по существу, сегрегированных объемов катализатора, который может или находиться в регенераторе в течение очень длительного времени, или проходить через регенератор в течение очень короткого времени.

Решетки должны занимать значительную часть площади поперечного сечения регенератора для поддержания надлежащей прочности решеток, удерживающих массу катализатора, но также должны быть достаточно открытыми для протекания газа и псевдоожижения катализатора, а также протекания катализатора вниз через регенератор.

Регенератор катализатора включает в себя сосуд 10, показанный на фиг. 1. Сосуд 10 включает в себя, по меньшей мере, один впускной патрубок 12 для впуска катализатора, подлежащего регенерации, и, по меньшей мере, один выпускной патрубок 14 для выпуска регенерированного катализатора. Сосуд 10 включает в себя, по меньшей мере, один впускной патрубок 16 для впуска газа сгорания и, по меньшей мере, один выпускной патрубок 18 для выпуска продуктов газа сгорания. Регенератор включает в себя множество решеток 20, расположенных внутри сосуда 10, при этом каждая решетка 20 расположена, по существу, горизонтально по всему поперечному сечению или части поперечного сечения сосуда 10. Каждая решетка 20 включает в себя множество отверстий 22. Отверстия 22 имеют размеры, обеспечивающие, по существу, свободное течение газа через решетку 20, в то же время ограничивая количество частиц катализатора, проходящих через решетку 20. В варианте выполнения на фиг. 1 каждая решетка 20 занимает часть поперечного сечения с открытой зоной 24 у конца решетки 20 между решеткой 20 и стенкой сосуда. Применительно к этому варианту выполнения катализатор псевдоожижается газом регенерации и протекает через решетку 20 вниз к решетке 20, расположенной под вышеуказанной решеткой, при этом катализатор продолжает протекать вперед и назад вдоль сосуда 10. Как вариант, отверстия 22 могут иметь достаточно небольшой размер, позволяя газу протекать вверх, но препятствуя протеканию частиц катализатора вниз через отверстия 22 и вынуждая катализатор стекать через открытые зоны 24. Открытые зоны 24 предпочтительно имеют ширину, по меньшей мере, 2 см и более предпочтительно имеют ширину, по меньшей мере, 5 см, при этом открытые зоны 24 образуют большие отверстия.

В варианте выполнения регенератор включает в себя сосуд, имеющий, по меньшей мере, один впуск катализатора, один впуск газа, по меньшей мере, один выпуск катализатора и, по меньшей мере, один выпуск газа. Сосуд включает в себя множество решеток 20, показанных на фиг. 2, при этом решетки расположены внутри сосуда горизонтально и проходят вдоль поперечного сечения сосуда. Каждая решетка 20 включает в себя множество небольших отверстий 22 в поперечном направлении поверхности каждой решетки 20. Решетка может содержать цельный металлический лист с отверстиями 22 соответствующего размера или может содержать пространственную решетку, выполненную из пересекающихся металлических полос и обозначенную ссылочной позицией 30. Отверстия 22 в решетке предпочтительно имеют площадь пропускного сечения, по меньшей мере, 9 см².

Другая разновидность этой конструкции показана на фиг. 3 и имеет такие же решетки, как на фиг. 2, но с дополнительным отличительным признаком в виде больших отверстий 26 внутри решеток 20. Большие отверстия 26 обеспечивают протекание значительного потока катализатора вниз от одной решетки к другой, позволяя при этом псевдоожижающему газу протекать вверх через небольшие отверстия 22. Когда конструкция включает в себя большие отверстия 26, небольшие отверстия могут иметь размер, который ограничивает протекание катализатора через небольшие отверстия, или площадь пропускного сечения может быть меньше размера, обеспечивающего протекание частиц катализатора. За счет ограничения протекания катализатора в псевдоожиженном состоянии до протекания только через отверстия большего размера поддерживается непрерывное протекание катализатора, при этом ограничивается протекание значительных потоков, что может вызывать сегрегацию. Решетки 20 ориентированы горизонтально, при этом соседние решетки 20 расположены на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении.

Большие отверстия 26 внутри решетки имеют, в общем, прямоугольную форму с длиной, равной длине хорды вдоль решетки, и шириной, по меньшей мере, 1 см, шириной, предпочтительно, по меньшей мере, 2 см, в диапазоне 2-5 см. Большие отверстия 26 не должны продолжаться по всей длине хорды решеток и предпочтительно имеют длину, по меньшей мере, 5 см, и предпочтительную длину, по меньшей мере, 10 см.

Положения больших отверстий 26 внутри решетки 20 сдвинуты в горизонтальном направлении относительно соседних решеток 20. Например, комплект решеток может быть разделен на два класса, первый класс с 3 большими отверстиями и второй класс с 2 большими отверстиями. Первый класс может иметь отверстия, расположенные в местах, соответствующих 1/6 диаметра, 1/2 диаметра и 5/6 диаметра. Второй класс может иметь отверстия, расположенные в местах, соответствующих 1/3 диаметра и 2/3 диаметра. Решетки, установленные внутри сосуда, чередуются по классам, как показано на фиг. 3.

Могут быть предусмотрены другие ориентации, и на фиг. 3 показана только одна из конструкций, но смещение больших отверстий 26 препятствует протеканию значительного потока катализатора и разрушению пузырьков газа внутри регенератора.

Большие отверстия 26 расположены таким образом, что отверстия перпендикулярны диаметру решетки 20 и, по существу, имеют ориентацию вдоль хорды решетки 20, которая перпендикулярна диаметру. Большие отверстия 26 могут иметь, по существу, прямоугольную форму или, по существу, трапециевидную форму, принимая во внимание кривизну решетки и сосуда, когда большие отверстия пересекаются со стенкой сосуда или краем решетки 20. Большие отверстия имеют ширину, по меньшей мере, 2 см, и предпочтительно, по меньшей мере, 5 см, при длине, по меньшей мере, 5 см и предпочтительно, по меньшей мере, 10 см, что обеспечивает площадь пропускного сечения больших отверстий, по меньшей мере, 10 см² и предпочтительно, по меньшей мере 50 см².

Другой вариант выполнения показан на фиг. 4, где решетки 20 содержат два класса решеток. Первый класс включает в себя решетки, которые имеют небольшие отверстия 22 внутри решетки и на противоположных сторонах включают в себя открытое пространства 24 для протекания катализатора вниз. Второй класс включает в себя решетку 20, которая имеет небольшие отверстия 22 по всей решетке 20 с большим отверстием 26 в центральной части решетки 20. Большое отверстие 26 может быть расположено по всей ширине решетки 20 или меньшей части ширины решетки 20. Решетки 20 расположены внутри сосуда в шахматном порядке, при этом за решеткой первого класса следует решетка второго класса, затем решетка первого класса, второго класса и т.д.

Настоящее изобретение относится к устройству для контакта твердых частиц с горячим газом, при этом твердые частицы содержат кокс, который осаждается на частицах. Горячий газ содержит регулируемое количество кислорода для регулируемого выжигания кокса и удаления кокса с частиц. Устройство включает в себя сосуд, имеющий, по меньшей мере, одно отверстие, образованное сосудом, для приема частиц, которые содержат кокс, отложенный на частицах, и, по меньшей мере, одно отверстие для выпуска газов горения, образующихся во время выжигания кокса. Устройство также включает в себя множество перфорированных плит, при этом вышеуказанные плиты ориентированы внутри сосуда горизонтально, и плиты расположены на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении. Каждая плита включает в себя перфорированную секцию и секцию решетки. Перфорированная секция содержит секцию с множеством отверстий для обеспечения протекания потока газа. Секция решетки может включать в себя несколько небольших отверстий, но включает в себя, по меньшей мере, одно большое отверстие, и это большое отверстие имеет размер, достаточный для прохождения потока частиц. Плиты могут включать в себя больше одной секции решетки и больше одной перфорированной секции.

Секция решетки включает в себя большое отверстие с площадью пропускного сечения, по меньшей мере, 9 см² и может иметь, в общем, прямоугольную форму. Предпочтительно, большое отверстие в секции решетки имеет ширину, по меньшей мере, 2 см, и предпочтительно большое отверстие в секции решетки имеет длину, по меньшей мере, 5 см.

Расположение плит в сосуде распределяется таким образом, чтобы большие отверстия в одной плите находились в горизонтальном положении относительно больших отверстий в соседних плитах.

Процесс регенерации включает в себя прохождение потока частиц отработанного катализатора в регенератор. Частицы отработанного катализатора содержат кокс, осажденный на частицах катализатора, который блокирует активные участки. Кокс выжигается, обеспечивая регенерацию частиц. Газ регенерации или горения проходит в регенератор и вступает в контакт с частицами катализатора внутри генератора. Газ поступает в генератор в количестве, достаточном для псевдоожижения катализатора и образования кипящего слоя с катализатором и циркуляции газа во время процесса сгорания. Циркуляция и протекание потока газа могут привести к сегрегации и образованию больших пузырьков газа внутри регенератора. Регенератор содержит глубокий слой катализатора в течение достаточного времени выдерживания для выжигания кокса. По существу, регенератор оборудован внутренними компонентами или решетками для управления потоком псевдоожиженных частиц и потоком газа для обеспечения более равномерной рабочей плотности частиц и газа.

Частицы катализатора протекают через генератор в нижнем направлении, при этом протекание включает в себя направление частиц через решетки и через большие отверстия внутри решеток. Решетки включают в себя небольшие отверстия для похождения потока газа регенерации через сосуд в верхнем направлении для псевдоожижения частиц и выжигания кокса из частиц. Частицы протекают в поперечном направлении и вниз через множество решеток и после сгорания образуют поток регенерированного катализатора. Поток регенерированного катализатора вытекает из нижней части регенератора и направляется в реактор внутри системы процесса, в частности, реактор для превращения метанола в олефины. Газ горения протекает через сосуд в верхнем направлении и выходит из отверстия для выпуска продуктов газа сгорания.

Многопроходные решетки или плиты внутри сосуда регенератора включают в себя большие отверстия. Эти отверстия могут быть прямоугольными или круглыми и могут быть распределены в разных местах решетки. Решетки расположены в горизонтальной ориентации с большими отверстиями, расположенными в горизонтальном направлении относительно соседних решеток. Это позволяет катализатору протекать сверху вниз регенератора, но ограничивает циркуляцию большого объема и сегрегацию катализатора и контакт катализатора с газом регенерации. Многопроходные решетки включают в себя небольшие отверстия для протекания газа и псевдоожижения частиц внутри регенератора.

За счет регулирования протекания катализатора через регенератор для обеспечения более постоянного времени выдержки катализатора внутри регенератора улучшается смешивание газа и катализатора и может быть уменьшено общее время выдержки катализатора. Это позволяет использовать сосуд регенератора меньшего размера и меньшее количество катализатора, что обеспечивает значительное снижение расходов на процесс превращения метанола в олефины.

Несмотря на то, что изобретение было описано с учетом предпочтительных вариантов выполнения, подразумевается, что изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения и распространяется на различные модификации и эквивалентные конструкции, соответствующие объему приложенной формулы изобретения.

Изобретение относится к процессам и устройствам для регенерации катализатора. Регенератор катализатора состоит из сосуда, имеющего впуск катализатора, выпуск катализатора, впуск газа и выпуск газа. Решетки расположены на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении внутри сосуда и продолжаются поперек сосуда. Каждая решетка содержит множество небольших отверстий, имеющих размер, достаточный для протекания газа через решетку. При этом отверстия достаточно малы, чтобы препятствовать протеканию частиц катализатора. Также решетка имеет по меньшей мере одно большое отверстие для протекания катализатора через решетку. Большие отверстия имеют прямоугольную форму, проходят поперек решетки и имеют ширину отверстия 2-5 см. Технический результат - регулирование протекания катализатора через регенератор для обеспечения постоянного времени выдержки катализатора внутри регенератора с целью улучшения смешивания газа и катализатора и уменьшения общего времени выдержки катализатора . 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Регенератор катализатора, содержащий:
сосуд, имеющий впуск катализатора, выпуск катализатора, впуск газа и выпуск газа;
множество решеток, расположенных внутри сосуда и продолжающихся поперек сосуда, при этом решетки расположены на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении и каждая решетка содержит:
множество небольших отверстий, имеющих размер, достаточный для протекания газа через решетку, при этом отверстия достаточно малы, чтобы препятствовать протеканию частиц катализатора, и по меньшей мере одно большое отверстие для протекания катализатора через решетку,
в котором большие отверстия являются, по существу, прямоугольными, проходят поперек решетки и имеют ширину отверстия 2-5 см.

2. Регенератор по п. 1, в котором решетки имеют горизонтальную ориентацию внутри сосуда и расположены на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении.

3. Регенератор по п. 1, в котором решетки имеют горизонтальную ориентацию, при этом соседние решетки имеют большие отверстия, смещенные в горизонтальном направлении относительно больших отверстий соседних решеток.

4. Регенератор по п. 1, в котором каждая решетка содержит плиту с небольшими отверстиями, распределенными по плите, и каждая плита продолжается в горизонтальном поперечном сечении сосуда и имеет конец, который расположен по меньшей мере на расстоянии 2 см от одной стороны сосуда, при этом пространство между стенкой сосуда и решеткой образует большое отверстие.

5. Регенератор по п. 4, в котором чередующиеся решетки имеют пространство между решеткой и стенкой сосуда с противоположных сторон сосуда.

6. Регенератор по п. 1, в котором небольшие отверстия имеют размер, обеспечивающий протекание газа, при этом вышеуказанный размер является достаточно небольшим для препятствования прохождению частиц катализатора.

7. Регенератор по п. 1, в котором по меньшей мере одно большое отверстие имеет размер, обеспечивающий протекание больших потоков катализатора.

8. Регенератор по п. 1, в котором большие отверстия решеток смещены в горизонтальных положениях относительно ближайших соседних решеток сосуда.

9. Регенератор по п. 1, в котором решетки содержат по меньшей мере два больших отверстия на решетку и большие отверстия имеют ширину по меньшей мере 2 см и длину, равную длине хорды решетки.