Способ регенерации алюмохромового катализатора и регенератор для его осуществления Российский патент 2021 года по МПК B01J8/18 B01J29/90 B01J38/30 C07C5/333 

Настоящее изобретение относится к области нефтехимии, в частности к способу получения олефиновых углеводородов, используемых в дальнейшем для получения основных мономеров синтетического каучука, а также при производстве полипропилена, метил-трет-бутилового эфира и др.

Известен способ получения олефиновых углеводородов путем дегидрирования соответствующих парафиновых углеводородов в системе реактор-регенератор с движущимся крупнозернистым катализатором (Я.Я. Кирнос, О.Б. Литвин «Современные промышленные методы синтеза бутадиена», Аналитические сопоставительные обзоры ЦНИИТЭНефтехим, серия «Производство синтетических каучуков», М., 1967, с. 81).

Недостатком этого способа является сложное аппаратурное оформление и невозможность создания установок большой производительности в связи с трудностями организации циркуляции крупнозернистого катализатора в системе реактор-регенератор.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения олефиновых углеводородов дегидрированием соответствующих парафиновых углеводородов в кипящем слое мелкодисперсного алюмохромового катализатора с циркуляцией катализатора в системе реактор-регенератор (И.Л. Кирпичников и др. «Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука», Химия, Ленинград, 1986, стр. 8-12, 57-74). Регенерация катализатора в указанном способе дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ включает подачу смеси отработанного в реакторе катализатора и транспортного газа (воздуха) на верх кипящего слоя регенератора, контактирование катализатора в режиме противотока с подаваемым в низ кипящего слоя кислородсодержащим газом (воздухом) с использованием горизонтальных секционирующих решеток, подогрев катализатора путем сжигания кокса на отработанном катализаторе и подаваемого топливного газа в зоне подогрева в верхней части кипящего слоя и последующее окисление катализатора в зоне окисления в нижней части кипящего слоя регенератора при одновременной десорбции подаваемым воздухом образующейся при горении топливного газа, кокса и окислении катализатора реакционной воды, являющейся ядом для алюмохромового катализатора дегидрирования (Миначев Х.М. и др. Журнал «Нефтехимия», 1969, т. 27, №5, с. 677; Тюряев И.Я. «Теоретические основы получения бутадиена и изопрена методами дегидрирования», Киев, «Наукова думка», 1973, с. 153). При этом регенератор содержит цилиндрический корпус, патрубки ввода воздуха через распределитель в нижней части кипящего слоя, ввода топливного газа через горелочное устройство в верхней части кипящего слоя, циклоны с пылеспускными стояками, соединенные с трубопроводом вывода газов регенерации, в сепарационной зоне регенератора, транспортную трубу с распределителем катализатора в виде отбойного диска для ввода в сепарационную зону регенератора над уровнем кипящего слоя отработанного в реакторе катализатора в закоксованном и охлажденном в ходе эндотермической реакции дегидрирования виде и транспортного газа, секционирующие решетки, разделяющие кипящий слой на секции. Регенератор имеет расположенную в верхней части кипящего слоя зону подогрева катализатора путем выжига кокса из катализатора и сжигания в кипящем слое топливного газа, подаваемого в зону подогрева через горелочное устройство, представляющее собой систему горелок из перфорированных труб, а также зону окисления катализатора и десорбции продуктов окисления подаваемым в регенератор воздухом в нижней части кипящего слоя. Регенератор совмещен со встроенным в нижнюю часть корпуса регенератора стаканом восстановительно-десорбционной подготовки катализатора, имеющим в нижней части патрубки для ввода газа-восстановителя на восстановление катализатора, инертного газа на десорбцию продуктов восстановления и транспортную трубу для вывода подогретого, регенерированного и восстановленного катализатора в реактор.

К основным недостаткам известного регенератора следует отнести:

- повышенный расход катализатора, связанный с захватом большого количества частиц циркулирующего катализатора потоком газов регенерации на выходе катализатора из распределителя в сепарационную зону регенератора, что увеличивает унос катализатора из системы;

- эрозия распределителя при ударном воздействии потока циркулирующего катализатора на поверхность отбойного диска распределителя;

- высокий расход воздуха в регенератор, связанный с неиспользованием потенциала подаваемого на транспорт катализатора воздуха, который, примешиваясь в сепарационной зоне регенератора к газу регенерации, балластирует последний и не участвует в процессе регенерации, увеличивая также унос катализатора из системы;

- жесткий режим подогрева катализатора в регенераторе, связанный с большим перепадом температуры при подогреве, достигающим 100-150°С (в зависимости от подаваемого на дегидрирование парафина температура поступающего из реактора катализатора составляет 500-550°С при температуре кипящего слоя в зоне подогрева 640-660°С), что способствует разрушению катализатора и, соответственно, увеличивает его расход при быстро сменяющихся циклах дегидрирования и регенерации (циклах охлаждения и подогрева);

- значительные тепловые неравномерности в зоне подогрева катализатора, связанные с неравномерным распределением и горением газообразного топливного газа в объеме кипящего слоя зоны подогрева и с неравномерным распределением поступающего из реактора закоксованного и охлажденного катализатора, что, в совокупности с недостаточным уровнем перемешивания катализатора в кипящем слое зоны подогрева, увеличивает расход катализатора вследствие его термической дезактивации при перегреве в локальных участках горения, а также вследствие высокого времени пребывания катализатора в высокотемпературной зоне подогрева, что, кроме того, требует повышенной подачи воздуха для обеспечения полного сгорания подаваемого топливного газа, увеличения объема зоны подогрева и, соответственно, количества катализатора, загружаемого в регенератор;

- недостаточная активность регенерированного катализатора в связи с неэффективностью десорбции реакционной воды, образующейся в зоне подогрева катализатора при сгорании кокса и подаваемого топливного газа.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности регенерации катализатора в процессах дегидрирования парафиновых углеводородов за счет увеличения активности катализатора, снижения расхода катализатора, кислородсодержащего газа на регенерацию, эрозии элементов конструкции регенератора.

Указанная цель достигается способом регенерации катализатора в процессах дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ с кипящим слоем алюмохромового катализатора, циркулирующего в системе реактор-регенератор, включающий подачу смеси отработанного в реакторе катализатора и транспортного газа на верх кипящего слоя регенератора, контактирование катализатора с подаваемым под кипящий слой кислородсодержащим газом при использовании секционирующих решеток с противоточным движением через них катализатора и газа, подогрев катализатора в зоне подогрева катализатора 10 в верхней части кипящего слоя путем сжигания кокса на отработанном катализаторе и подаваемого топливного газа, последующее окисление катализатора с десорбцией продуктов окисления подаваемым кислородсодержащим газом в зоне окисления 11 в нижней части кипящего слоя регенератора и дальнейший вывод регенерированного катализатора на восстановительно-десорбционную подготовку перед подачей его в реактор, в котором подогрев катализатора проводят в режиме рециркуляции части циркулирующего катализатора при использовании вертикальной перегородки, разделяющей кипящий слой зоны подогрева катализатора 10 на напорную 18 и подъемную 17 секции, и подачи смеси отработанного катализатора и транспортного газа в низ подъемной секции 17.

В качестве транспортного газа могут использовать воздух или смесь воздуха и азота.

В низ подъемной секции 17 могут дополнительно подавать воздух и/или азот и/или окись углерода и/или двуокись углерода.

Предлагается также регенератор системы дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ с кипящим слоем мелкозернистого алюмохромового катализатора, включающий цилиндрический корпус 1, трубопровод 2 с распределителем 3 для подачи под кипящий слой кислородсодержащего газа, трубопровод 4 для ввода на сжигание топливного газа в горелочное устройство, состоящее из горелок 5, расположенных в верхней части кипящего слоя, патрубок 6 и трубопровод 37 для вывода газов регенерации в верхней части корпуса 1 регенератора, транспортную трубу 7, расположенную соосно корпусу 1 регенератора, для ввода в верхнюю часть кипящего слоя смеси отработанного в реакторе катализатора и транспортного газа через трубопровод 8, содержащий расположенные последовательно сверху вниз зону подогрева катализатора 10 путем выжига кокса из подаваемого отработанного катализатора и сжигания подаваемого в горелки 5 топливного газа в верхней части кипящего слоя и зону окисления катализатора и десорбции продуктов окисления катализатора 11 подаваемым в регенератор кислородсодержащим газом в нижней части кипящего слоя с горизонтальными секционирующими решетками 9, содержащий также встроенный в нижнюю часть корпуса 1 регенератора стакан восстановительно-десорбционной подготовки регенерированного катализатора 12 с трубопроводами 13 и 14 для подачи соответственно газа-восстановителя и инертного газа, а также патрубок 15 для вывода подогретого, регенерированного и восстановленного катализатора в реактор, в котором в зоне подогрева катализатора 10, над секционирующими решетками 9 зоны окисления катализатора 11, устанавливают соосно корпусу 1 регенератора вертикальную перегородку в виде цилиндрической обечайки 16, разделяющей кипящий слой зоны подогрева катализатора 10 на подъемную 17 и напорную 18 секции, при этом верхний торец 20 транспортной трубы 7 расположен выше нижнего торца 19 обечайки 16 или соединен с нижним торцом 19 обечайки 16 через усеченный конус 24, в нижней части обечайки 16 расположено по крайней мере одно нижнее переточное отверстие 36 или несколько нижних переточных отверстий 26, а верхний торец 21 обечайки 16 расположен выше горелок 5.

Верхний торец 20 транспортной трубы 7 может быть расположен выше нижнего торца 19 обечайки 16 и входить в нижнюю часть обечайки 16 с образованием между стенкой обечайки 16 и стенкой транспортной трубы 7 нижнего переточного отверстия 36 в виде открытой кольцеобразной щели.

В нижней части подъемной секции 17 ниже верхнего торца 20 транспортной трубы 7 может быть расположен распределитель 27, соединенный с трубопроводом 28 для подачи дополнительного воздуха и/или азота и/или окиси углерода и/или двуокиси углерода.

Нижняя часть обечайки 16 может иметь сужение в виде усеченного конуса 24 с образующей конуса направленной вниз, соединенного большим основанием с нижним торцом 19 обечайки 16, и кольца 25, прикрепленного к меньшему основанию конуса, при этом верхний торец 20 транспортной трубы 7 входит соосно в нижнюю часть обечайки 16 с образованием между стенкой кольца 25 и стенкой трубы 7 нижнего переточного отверстия 36 в виде открытой кольцеобразной щели.

Нижняя часть обечайки 16 может иметь сужение в виде усеченного конуса 24 с образующей конуса направленной вниз, соединенного большим основанием с нижним торцом 19 обечайки 16, а меньшим основанием с верхним торцом 20 транспортной трубы 7, при этом в нижней части обечайки 16 над ее нижним торцом 19 расположены нижние переточные отверстия 26.

Обечайка 16 может быть жестко соединена с транспортной трубой 7 с помощью плоских, расположенных вертикально и направленных при этом радиально пластин 22.

Верхний торец 21 обечайки 16 может быть расположен ниже или выше уровня кипящего слоя 29.

В стенке обечайки 16 ниже уровня кипящего слоя 29 над горелками 5 могут быть расположены верхние переточные отверстия 30, при этом верхний торец 21 обечайки 16 расположен выше уровня кипящего слоя 29.

Над верхним торцом 21 обечайки 16 на некотором расстоянии от него может быть установлен конус-отражатель 31 с вершиной, направленной вверх.

Диаметр основания конуса-отражателя 31 может быть больше, чем диаметр обечайки 16.

К конусу-отражателю 31 может быть прикреплен своим основанием конус-отбойник 32, который направлен вершиной вниз и установлен по центру над открытым верхним торцом 21 обечайки 16, при этом отношение диаметра основания конуса-отбойника 32 к диаметру обечайки 16 находится в диапазоне от 0,3 до 0,9.

В зоне окисления катализатора 11 могут быть установлены 3-6 секционирующих решеток 9.

В напорной секции 18 зоны подогрева катализатора 10 могут быть установлены 1-3 секционирующие решетки 23.

Расстояние между секционирующими решетками 23 зоны подогрева 11, а также между нижней решеткой 23 зоны подогрева катализатора 10 и верхней секционирующей решеткой 9 зоны окисления катализатора 11 может быть больше, чем расстояние между секционирующими решетками 9 зоны окисления катализатора 11.

Открытая поверхность секционирующих решеток 23 зоны подогрева катализатора 10 может быть больше, чем открытая поверхность секционирующих решеток 9 зоны окисления катализатора 11.

Горелочное устройство может иметь 1-3 яруса горелок 5, расположенных по высоте напорной секции 18 зоны подогрева катализатора 10.

Над каждым ярусом горелок 5 может быть расположена секционирующая решетка 23 зоны подогрева катализатора 10.

В качестве сырья для дегидрирования могут быть использованы парафиновые углеводороды С₃-С₅, такие, например, как изобутан, н-бутан, изопентан, пропан с содержанием парафинов в сырье предпочтительно 95-99 мас. %, а также смеси указанных парафиновых углеводородов.

При осуществлении предлагаемого способа регенерации катализатора в систему реактор-регенератор может быть загружен алюмохромовый катализатор, содержащий Cr₂O₃ - 13-25 мас. %, K₂O - 1,0-3,0 мас. %, SiO₂ - 1,0-10,0 мас. %, Al₂O₃ - остальное, при содержании в окисленном состоянии CrO₃ - 0,25-3,5 мас. %, например, промышленный катализатор типа АОК 73-24.

Под отработанным катализатором подразумевают катализатор, который использовался в реакторе дегидрирования, был десорбирован, например, с использованием азота для удаления углеводородов из катализатора, и в охлажденном при осуществлении эндотермической реакции дегидрирования, закоксованном и восстановленном виде направлен в регенератор.

Кислородсодержащий газ для подачи в регенератор предпочтительно может содержать воздух, воздух, обогащенный кислородом (смешением воздуха и кислорода), азот-кислородные смеси различного происхождения, получаемые, например, при получении азота высокой чистоты на установках разделения воздуха и др. Концентрация кислорода в кислородсодержащих газах, подаваемых на регенерацию катализатора, ограничивается условиями соблюдения безопасности процесса при предпочтительных пределах от 23 до 50 мас. %.

В качестве топливного газа для сжигания в зоне нагрева катализатора в регенераторе, а также в качестве газа-восстановителя для подачи в стакан восстановительно-десорбционной подготовки катализатора предпочтительно использование природного метансодержащего газа, абгазов процессов дегидрирования.

В качестве дополнительного газа, подаваемого в подъемную секцию зоны подогрева регенератора, может быть использован воздух или инертный газ, предпочтительно азот или повторно используемые газообразные продукты сгорания. В указанной секции происходит десорбция рециркулирующего катализатора от реакционной воды, образующейся при сгорании кокса и топливного газа. Для ускорения десорбции целесообразно вводить в инертный газ добавки, взаимодействующие с поверхностным кислородом катализатора, но не образующие при этом воды, например, окись углерода (Novak S., Viewig Н., Chem. Tehn., 1970, Bd. 22, №2, p. 94).

Регенерация катализатора, включающая в себя выжиг кокса, подогрев катализатора и его окисление может осуществляться при температуре 640-660°С и объемной скорости подачи кислородсодержащего газа 100-500 час^-1 (патент RU 2666541, МПК С07С 5/333; С07С 11/08; С07С 11/10; B01J 21/08; B01J 23/04; B01J 23/26; B01J 35/02; B01J 37/02, опубл. 11.09.2018).

Секционирующие решетки для организации кипящего слоя в напорной секции регенератора предпочтительно использовать щелевой конструкции. Решетки могут быть изготовлены из отдельных пластин, уголков, труб и др.

Предпочтительное соотношение площади поперечного сечения подъемной секции и напорной секции может составлять от (0,008:1,0) до (0,1:1,0) в зависимости от конфигурации блока реактор-регенератор (параллельное расположение регенератора и реактора, соосное расположение регенератора над реактором и т.д.) и использования для циркуляции катализатора, например, системы пневмотранспорта с высокой концентрацией катализатора или с разреженной концентрацией. Скорость транспортного газа в циркуляционной трубе может составлять 4,0-8,0 м/с при транспорте с высокой концентрацией катализатора и до 20,0 м/с и выше при транспорте с разреженной концентрацией катализатора (И.М. Разумов, «Псевдоожижение и пневмотранспорт сыпучих материалов», Москва, Издательство «Химия», 1972, стр. 201-235).

Поверхностная скорость газа в подъемной секции обычно выше 0,7 м/с и более, предпочтительно составляет 1,0-8,0 м/с. Скорость газового потока в подъемной секции (включающего транспортный газ из циркуляционной трубы и поток дополнительного газа) устанавливается больше, чем скорость в напорной секции, определяемая режимом работы регенератора. Соответственно, концентрация катализатора в подъемной секции установится меньше, чем в напорной, что обеспечит разность гидростатических напоров кипящего слоя в указанных секциях и возникновение направленной внутренней циркуляции катализатора в системе «подъемная секция-напорная секция» зоны подогрева катализатора. Концентрацию катализатора в напорной секции предпочтительно выдерживать в диапазоне 500-900 кг/м³, а в подъемной - 200-650 кг/м³, с соблюдением условия, что концентрация катализатора в напорной секции больше, чем в подъемной. Возможности достижения соответствующих концентраций катализатора в секциях зоны подогрева при рабочих условиях осуществления процесса (температура, давление, скорости газа, гидродинамические характеристики катализатора, величина загрузки катализатора в систему, размеры кипящего слоя и др.) проиллюстрированы в работе С.М. Комаров и др., «Модель расширения псевдоожиженного слоя», журнал «Теоретические основы химической технологии», 1983, том XVII, №6, стр. 808-812). Возможности организации направленной внутренней циркуляции катализатора в зоне подогрева катализатора с использованием вертикальной перегородки с переточными отверстиями в кипящем слое указанной зоны, обеспечения величины требуемой циркуляции катализатора через переточные отверстия, расчета размера переточных отверстий и т.д. представлены в работе С.М. Комаров и др. «Исследование направленной циркуляции катализатора в реакторах с псевдоожиженным слоем», журнал «Теоретические основы химической технологии», 1982, том XVI, №5, стр. 702-706). Переточные отверстия в перегородках должны быть достаточно малыми для предотвращения массового перетока газа совместно с рециркулирующим катализатором. С другой стороны, эти отверстия должны быть достаточно большими для обеспечения максимально свободного перетока частиц катализатора через отверстия. Переточные отверстия могут иметь форму круга, треугольника, прямоугольника, квадрата и др. и предпочтительно должны быть равномерно расположены по периметру нижней части перегородки, в сечении расположенном горизонтально. Переточные отверстия в виде открытой кольцеобразной щели предпочтительно должны иметь равномерную ширину щели по окружности кольца в горизонтальном сечении.

На фиг. 1-3 представлены схемы, иллюстрирующие предлагаемый способ регенерации катализатора и регенератор для его осуществления.

На фиг. 1 изображен предлагаемый регенератор системы дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ с кипящим слоем мелкозернистого алюмохромового катализатора, включающий цилиндрический корпус 1, трубопровод подачи кислородсодержащего газа 2 через распределитель 3, трубопровод ввода топливного газа 4 через горелочное устройство, содержащее расположенные в три яруса по высоте горелки 5, трубопровод 37 вывода газов регенерации через патрубок 6, транспортную трубу 7 с трубопроводом 8 для ввода в регенератор отработанного в реакторе катализатора и транспортного газа (воздух + азот), горизонтальные секционирующие решетки 9 в зоне окисления катализатора и десорбции продуктов окисления 11 и зону подогрева катализатора 10. В нижнюю часть корпуса регенератора встроен стакан восстановительно-десорбционной подготовки регенерированного катализатора 12 с трубопроводами 13 и 14 для подачи соответственно газа-восстановителя и инертного газа, а также с патрубком 15 для вывода подогретого, регенерированного и восстановленного катализатора через трубопровод 38 в реактор. В зоне подогрева катализатора 10 над секционирующими решетками 9 зоны окисления катализатора 11 установлена вертикальная перегородка в виде цилиндрической обечайки 16 с верхним торцом 21 и нижним 19. Перегородка разделяет кипящий слой зоны подогрева катализатора 10 на подъемную 17 и напорную 18 секции. Нижний торец 19 обечайки 16 расположен выше секционирующих решеток 9 зоны окисления катализатора 11. Верхний торец 20 транспортной трубы 7 входит соосно в нижнюю часть обечайки 16 с образованием между стенкой обечайки и стенкой трубы переточного отверстия 36 в виде открытой кольцеобразной щели. Верхний торец 21 обечайки 16 расположен выше горелок 5 и выше уровня кипящего слоя катализатора 29 в напорной секции 18 зоны подогрева катализатора 10. В нижней части подъемной секции 17 расположен распределитель 27, соединенный с трубопроводом 28 для подачи дополнительного воздуха и/или окиси углерода и/или двуокиси углерода.

На фиг. 2 изображен вариант зоны подогрева катализатора, в котором нижняя часть обечайки 16 имеет сужение в виде усеченного конуса 24 и кольца 25, с образованием между стенкой кольца 25 и стенкой транспортной трубы 7 нижнего переточного отверстия 36 в виде открытой кольцеобразной щели. В нижней части подъемной секции 17 расположен распределитель 27, соединенный с трубопроводом 28 для подачи дополнительного воздуха и/или окиси углерода и/или двуокиси углерода. Верхний торец 21 обечайки 16 расположен выше уровня кипящего слоя 29. В стенке обечайки 16 ниже уровня кипящего слоя 29 над верхней секционирующей решеткой 23 расположены верхние переточные отверстия 30. Над верхним торцом 21 обечайки 16 на расстоянии от него установлен конус-отражатель 31 с вершиной, направленной вверх. Диаметр основания конуса-отражателя 31 больше, чем диаметр обечайки 16. К конусу-отражателю 31 прикреплен своим основанием конус-отбойник 32, который направлен вершиной вниз и установлен по центру над открытым верхним торцом 21 обечайки 16. В напорной секции 18 зоны подогрева катализатора 10 установлена одна секционирующая решетка 23. Расстояние «А» между секционирующей решеткой 23 в зоне подогрева катализатора 10 и верхней секционирующей решеткой 9 зоны окисления катализатора 11 больше, чем расстояние «В» между секционирующими решетками 9 в зоне окисления катализатора 11. Открытая поверхность секционирующей решетки 23 в зоне подогрева 10 больше, чем открытая поверхность секционирующих решеток 9 в зоне окисления катализатора 11. Горелочное устройство имеет один ярус горелок 5 расположенных под секционирующей решеткой 23 зоны подогрева катализатора 10. На верхнем торце 21 обечайки 16 установлен диск 35, окружающий отверстие обечайки 16 с образованием между диском 35 и конусом-отражателем 31 открытого кольцеобразного пространства 33. Обечайка 16 соединена с транспортной трубой 7 посредством соединительных пластин 22.

На фиг. 3 изображен вариант зоны подогрева катализатора, в котором нижняя часть обечайки 16 имеет сужение в виде усеченного конуса 24, соединенного большим основанием с нижним торцом 19 обечайки 16, а меньшим основанием с верхним торцом 20 транспортной трубы 7, при этом в нижней части обечайки 16 над ее нижним торцом 19 расположены нижние переточные отверстия 26. Над верхним торцом 21 обечайки 16, расположенном ниже уровня кипящего слоя 29, на расстоянии от него установлен конус-отражатель 31 с вершиной, направленной вверх. В напорной секции 18 зоны подогрева катализатора 10 установлены две секционирующие решетки 23. Расстояние «А» между секционирующими решетками 23 в зоне подогрева катализатора 10, а также между нижней секционирующей решеткой 23 и верхней секционирующей решеткой 9 зоны окисления катализатора 11 (на фиг. 3 не показано) больше, чем расстояние «В» между секционирующими решетками 9 в зоне окисления катализатора 11. Открытая поверхность секционирующих решеток 23 в зоне подогрева катализатора 10 больше, чем открытая поверхность секционирующих решеток 9 в зоне окисления катализатора 11. Горелочное устройство имеет два яруса горелок 5, расположенных под секционирующими решетками 23 зоны подогрева катализатора 10.

Предлагаемый регенератор работает следующим образом. Смесь отработанного катализатора и транспортного газа (воздух + азот) из реактора дегидрирования изобутана с кипящим слоем алюмохромового катализатора АОК 73-24, работающего при нагрузке по сырью 26 т/час, поступает в верхнюю часть кипящего слоя регенератора в зону подогрева катализатора 10 в режиме восходящего потока по транспортной трубе 7 (фиг. 1-3). Под кипящий слой катализатора в регенераторе по трубопроводу 2 через распределитель 3 на регенерацию катализатора подается воздух. Поток катализатора и транспортного газа выходит из транспортной трубы 7 в объем подъемной секции 17 зоны подогрева катализатора 10 регенератора при скорости транспортного газа 6,37 м/с, характерной для используемой системы транспорта катализатора с плотной концентрацией в U-образных транспортных трубах, и катализатора, циркулирующего со скоростью 218,8 т/час. Поток транспортного газа расширяется в поперечном сечении центральной части кипящего слоя зоны подогрева катализатора 10, ограниченной обечайкой 16, и далее смешивается с дополнительно подаваемым по трубопроводу 28 через распределитель 27 азотом. Полученная смесь указанных газов проходит подъемную секцию 17 при общей подаче воздуха 945 кг/час и азота 1100 кг/час при скорости 2,5 м/с с концентрацией катализатора в секции 500 кг/м³ и выходит в сепарационную зону регенератора 34 с верха секции. Режим работы напорной секции 18 определяется режимом работы регенератора (соответствующим подаче в реактор сырья в количестве 26 т/час) при подаче в регенератор воздуха в количестве 21,7 т/час, природного метансодержащего газа по трубопроводу 4 через горелки 5 в зону подогрева катализатора 10 в количестве 770 кг/час и по трубопроводу 13 в зону восстановительно-десорбционной подготовки катализатора в количестве 152 кг/час, а также по трубопроводу 14 азота в количестве 225 кг/час. Соответственно поверхностная скорость газов в напорной секции 18 составляет 0,65 м/с, а концентрация катализатора в кипящем слое 760 кг/м³. Создаваемая при этом разность концентраций катализатора в секциях зоны подогрева катализатора 10 обеспечивает разность гидростатических напоров кипящего слоя в указанных секциях и возникновение направленной внутренней рециркуляции катализатора в системе «подъемная секция - напорная секция» зоны подогрева катализатора. Лимитирующим участком рециркуляционного контура являются нижние переточные отверстия 36 в виде открытой кольцеобразной щели (фиг. 1 и 2), или отверстия 26 (фиг. 3) через которые часть циркулирующего в системе реактор-регенератор катализатора рециркулирует из напорной секции 18 в подъемную секцию 17. Поток катализатора из подъемной секции 17 выходит в верхнюю часть кипящего слоя и далее в напорную секцию 18 через расположенный выше уровня кипящего слоя 29 в напорной секции 18 верхний торец 21 обечайки 16 (фиг. 1), или через расположенный ниже уровня кипящего слоя верхний торец 21 обечайки 16 (фиг. 3). Представленный на фиг. 2 вариант конструкции подъемной секции обеспечивает раздельный выпуск катализатора в верхнюю часть кипящего слоя напорной секции 18 через верхние переточные отверстия 30 и выпуск газа в сепарационную зону регенератора 34 через открытое кольцеобразное пространство 33 распределителя, состоящего из диска 35 и конуса-отражателя 31 с конусом-отбойником 32 при расположении верхнего торца 21 обечайки 16 над уровнем кипящего слоя в напорной секции 18.

Подаваемый в регенератор воздух проходит кипящий слой регенератора, секционированный горизонтальными решетками противоточно к опускающемуся вниз циркулирующему катализатору. Для нагрева циркулирующего катализатора и обеспечения теплом эндотермической реакции дегидрирования в реакторе по трубопроводу 4 в верхнюю часть кипящего слоя регенератора через горелочное устройство 5, расположенное в напорной секции 18 зоны подогрева катализатора 10, подают природный метансодержащий газ на сжигание в потоке подаваемого в регенератор воздуха при одновременном выжиге кокса на катализаторе. Катализатор последовательно проходит зоны подогрева катализатора 10, окисления и десорбции катализатора от продуктов окисления И, а далее восстановления катализатора и десорбции продуктов восстановления в стакане 12 восстановительно-десорбционной подготовки катализатора. Окисленный катализатор проходит через стакан 12 для удаления адсорбированного кислорода и восстановления шестивалентного хрома катализатора до трехвалентного. Для этих целей в стакан 12 по трубопроводу 13 подается газ-восстановитель (природный метансодержащий газ) и по трубопроводу 14 азот на десорбцию катализатора от продуктов восстановления. Регенерированный, подогретый и восстановленный катализатор из нижней части стакана 12 по трубопроводу 15 транспортируется в реактор. Полученные газы регенерации попадают в надслоевое пространство регенератора и после улавливания мелких фракций унесенного из кипящего слоя катализатора в циклонах (на схеме не показаны) покидают регенератор по трубопроводу 37. Уловленные в циклонах мелкие фракции катализатора по пылеспускным стоякам возвращаются в кипящий слой напорной секции 18 зоны подогрева катализатора 10 регенератора. Далее по трубопроводу 37 газ регенерации поступает на охлаждение, санитарную очистку от катализаторной пыли и затем сбрасывается через дымовую трубу в атмосферу.

Секционирующие решетки 23, установленные в зоне подогрева катализатора 10, а также решетки 9 в зоне окисления катализатора 11, обеспечивают наиболее эффективный противоточный режим вытеснения в поперечном сечении указанных зон регенератора как по газу, так и по катализатору при противоточном движении катализатора и газа в отверстиях решеток (С.М. Комаров и др., «Перемешивание катализатора на секционирующих решетках в реакторе с кипящим слоем дегидрирования парафиновых углеводородов», журнал «Катализ в промышленности», №5, 2005, стр. 42-47).

Указанное расстояние между секционирующими решетками 23 зоны подогрева катализатора 10, а также между нижней секционирующей решеткой 23 зоны подогрева катализатора 10 и верхней секционирующей решеткой 9 зоны окисления катализатора 11 (больше, чем расстояние между секционирующими решетками 9 зоны окисления катализатора 11) обеспечивает стабильное и устойчивое горение кокса и топливного газа при приемлемом уровне теплонапряженности объема кипящего слоя катализатора (ккал/м³) в зоне подогрева регенератора.

Указанная открытая поверхность секционирующих решеток 23 зоны подогрева катализатора 10 (больше, чем открытая поверхность секционирующих решеток 9 зоны окисления катализатора 11) обеспечивает возможность противоточного движения катализатора и газа через отверстия секционирующих решеток 23 в зоне подогрева катализатора 10 при повышении циркуляции катализатора в указанной зоне за счет его дополнительной рециркуляции.

Расположение горелок 5 по высоте напорной секции 18 зоны подогрева катализатора 10 в несколько ярусов позволяет более равномерно распределить горелки в объеме кипящего слоя зоны подогрева регенератора, а при независимой подаче топливного газа в каждый ярус горелок - более эффективно управлять тепловым режимом регенератора, например, при снижении уровня кипящего слоя регенератора путем отключения верхних ярусов горелок.

Расположение секционирующих решеток 23 зоны подогрева катализатора 10 над каждым ярусом горелок 5 позволяет снизить пульсации давления кипящего слоя, стабилизировать работу горелок данного яруса и уменьшить унос катализатора из кипящего слоя.

Основным отличием заявляемого способа регенерации катализатора и регенератора для его осуществления по сравнению с прототипом является создание внутренней направленной рециркуляции катализатора в зоне подогрева катализатора путем разделения кипящего слоя указанной зоны с помощью вертикальной перегородки на подъемную и напорную секции при подаче смеси отработанного катализатора и транспортного газа в низ подъемной секции, что позволяет:

- создать в регенераторе двухступенчатую зону подогрева катализатора, которая состоит из первой низкотемпературной ступени (подъемная секция 17), работающей в режиме подогрева катализатора путем смешения потока циркулирующего охлажденного катализатора из реактора с подогретым рециркулирующим катализатором из второй высокотемпературной ступени (напорная секция 18), работающей в режиме подогрева катализатора путем сжигания кокса и подаваемого топливного газа, что обеспечивает «мягкий» подогрев циркулирующего катализатора, сокращение объема высокотемпературной части зоны подогрева и времени пребывания в ней катализатора и, соответственно, сокращение термической дезактивации катализатора;

- увеличить перемешивание катализатора в зоне подогрева путем создания интенсивной внутренней рециркуляции катализатора с уменьшением тепловых и концентрационных неравномерностей в кипящем слое при сжигании кокса и подаваемого топливного газа, что также сокращает термическую дезактивацию катализатора;

- организовать в подъемной секции зоны подогрева катализатора дополнительную операцию десорбции отравляющей катализатор реакционной воды, образующейся в зоне подогрева катализатора в результате сгорания кокса и топливного газа, потоком транспортного газа, выходящего из транспортной трубы системы циркуляции катализатора, и дополнительного газа, подаваемого в подъемную секцию;

- увеличить тепло-массообмен в кипящем слое зоны подогрева катализатора и, соответственно, увеличить интенсивность процессов, происходящих в этой зоне (горения, десорбции реакционной воды и др.) за счет рециркуляции части циркулирующего в системе реактор-регенератор катализатора через подъемную секцию зоны подогрева катализатора с дополнительной десорбцией в ней реакционной воды, что повышает активность катализатора дегидрирования;

- использовать потенциал газа, подаваемого на транспорт катализатора, для углубления процессов регенерации катализатора с одновременным сокращением расхода кислородсодержащего газа (воздуха), подаваемого на регенерацию;

- отказаться от использования распределителя катализатора, поступающего из реактора, обладающего целым рядом недостатков, указанных выше при критике прототипа, и при этом реализовать распределение катализатора путем выпуска потока смеси отработанного в реакторе катализатора и транспортного газа в кипящий слой подъемной секции зоны подогрева катализатора с дальнейшим смешением его с рециркулирующим катализатором и быстрым распределением в зоне подогрева катализатора в верхней части кипящего слоя регенератора в результате организуемой интенсивной внутренней рециркуляции катализатора, что существенно повышает равномерность распределения поступающего отработанного катализатора по сечению регенератора, снижает унос катализатора и эрозию элементов конструкции.

Таким образом, техническим результатом использования предлагаемого способа регенерации катализатора и регенератора для его осуществления в процессах дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ с кипящим слоем по сравнению с прототипом является повышение эффективности регенерации катализатора за счет увеличения активности катализатора, снижения расхода катализатора, кислородсодержащего газа на регенерацию, эрозии элементов конструкции регенератора.

Предложен способ регенерации катализатора в процессах дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ с кипящим слоем алюмохромового катализатора, циркулирующего в системе реактор - регенератор, включающий подачу смеси отработанного в реакторе катализатора и транспортного газа на верх кипящего слоя регенератора, контактирование катализатора с подаваемым под кипящий слой кислородсодержащим газом при использовании секционирующих решеток с противоточным движением через них катализатора и газа, подогрев катализатора в зоне подогрева катализатора (10) в верхней части кипящего слоя путем сжигания кокса на отработанном катализаторе и подаваемого топливного газа, последующее окисление катализатора с десорбцией продуктов окисления подаваемым кислородсодержащим газом в зоне окисления катализатора (11) в нижней части кипящего слоя регенератора и дальнейший вывод регенерированного катализатора на восстановительно-десорбционную подготовку перед подачей его в реактор, где подогрев катализатора проводят в режиме рециркуляции части циркулирующего катализатора при использовании вертикальной перегородки, разделяющей кипящий слой зоны подогрева катализатора (10) на напорную (18) и подъемную (17) секции, и подачи смеси отработанного катализатора и транспортного газа в низ подъемной секции (17). Также предложен регенератор системы дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ с кипящим слоем мелкозернистого алюмохромового катализатора, который используется в способе описанном выше. Технический результат – повышение эффективности регенерации катализатора в процессах дегидрирования парафиновых углеводородов за счет увеличения активности катализатора, снижения расхода катализатора, кислородсодержащего газа на регенерацию, эрозии элементов конструкции регенератора. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ регенерации катализатора в процессах дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ с кипящим слоем алюмохромового катализатора, циркулирующего в системе реактор - регенератор, включающий подачу смеси отработанного в реакторе катализатора и транспортного газа на верх кипящего слоя регенератора, контактирование катализатора с подаваемым под кипящий слой кислородсодержащим газом при использовании секционирующих решеток с противоточным движением через них катализатора и газа, подогрев катализатора в зоне подогрева катализатора (10) в верхней части кипящего слоя путем сжигания кокса на отработанном катализаторе и подаваемого топливного газа, последующее окисление катализатора с десорбцией продуктов окисления подаваемым кислородсодержащим газом в зоне окисления катализатора (11) в нижней части кипящего слоя регенератора и дальнейший вывод регенерированного катализатора на восстановительно-десорбционную подготовку перед подачей его в реактор, отличающийся тем, что подогрев катализатора проводят в режиме рециркуляции части циркулирующего катализатора при использовании вертикальной перегородки, разделяющей кипящий слой зоны подогрева катализатора (10) на напорную (18) и подъемную (17) секции, и подачи смеси отработанного катализатора и транспортного газа в низ подъемной секции (17).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве транспортного газа используют воздух или смесь воздуха и азота.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в низ подъемной секции (17) дополнительно подают воздух, и/или азот, и/или окись углерода, и/или двуокись углерода.

4. Регенератор системы дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ с кипящим слоем мелкозернистого алюмохромового катализатора для способа по п. 1, включающий цилиндрический корпус (1), трубопровод (2) с распределителем (3) для подачи под кипящий слой кислородсодержащего газа, трубопровод (4) для ввода на сжигание топливного газа в горелочное устройство, состоящее из горелок (5), расположенных в верхней части кипящего слоя, патрубок (6) и трубопровод (37) для вывода газов регенерации в верхней части корпуса (1) регенератора, транспортную трубу (7), расположенную соосно корпусу (1) регенератора, для ввода в верхнюю часть кипящего слоя смеси отработанного в реакторе катализатора и транспортного газа через трубопровод (8), содержащий расположенные последовательно сверху вниз зону подогрева катализатора (10) путем выжига кокса из подаваемого отработанного катализатора и сжигания подаваемого в горелки (5) топливного газа в верхней части кипящего слоя и зону окисления катализатора и десорбции продуктов окисления катализатора (11) подаваемым в регенератор кислородсодержащим газом в нижней части кипящего слоя с горизонтальными секционирующими решетками (9), содержащий также встроенный в нижнюю часть корпуса (1) регенератора стакан восстановительно-десорбционной подготовки регенерированного катализатора (12) с трубопроводами (13) и (14) для подачи соответственно газа-восстановителя и инертного газа, а также патрубок (15) для вывода подогретого, регенерированного и восстановленного катализатора в реактор, отличающийся тем, что в зоне подогрева катализатора (10), над секционирующими решетками (9) зоны окисления катализатора (11) устанавливают соосно корпусу (1) регенератора вертикальную перегородку в виде цилиндрической обечайки (16), разделяющей кипящий слой зоны подогрева катализатора (10) на подъемную (17) и напорную (18) секции, при этом верхний торец (20) транспортной трубы (7) расположен выше нижнего торца (19) обечайки (16) или соединен с нижним торцом (19) обечайки (16) через усеченный конус (24), в нижней части обечайки (16) расположено по крайней мере одно нижнее переточное отверстие (36) или несколько нижних переточных отверстий (26), а верхний торец (21) обечайки (16) расположен выше горелок (5).

5. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что верхний торец (20) транспортной трубы (7) расположен выше нижнего торца (19) обечайки (16) и входит в нижнюю часть обечайки (16) с образованием между стенкой обечайки (16) и стенкой транспортной трубы (7) нижнего переточного отверстия (36) в виде открытой кольцеобразной щели.

6. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что в нижней части подъемной секции (17) ниже верхнего торца (20) транспортной трубы (7) расположен распределитель (27), соединенный с трубопроводом (28) для подачи дополнительного воздуха, и/или азота, и/или окиси углерода, и/или двуокиси углерода.

7. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что нижняя часть обечайки (16) имеет сужение в виде усеченного конуса (24) с образующей конуса, направленной вниз, соединенного большим основанием с нижним торцом (19) обечайки (16), и кольца (25), прикрепленного к меньшему основанию конуса, при этом верхний торец (20) транспортной трубы (7) входит соосно в нижнюю часть обечайки (16) с образованием между стенкой кольца (25) и стенкой транспортной трубы (7) нижнего переточного отверстия (36) в виде открытой кольцеобразной щели.

8. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что нижняя часть обечайки (16) имеет сужение в виде усеченного конуса (24) с образующей конуса, направленной вниз, соединенного большим основанием с нижним торцом (19) обечайки (16), а меньшим основанием с верхним торцом (20) транспортной трубы (7), при этом в нижней части обечайки (16) над ее нижним торцом (19) расположены нижние переточные отверстия (26).

9. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что обечайка (16) жестко соединена с транспортной трубой (7) с помощью плоских, расположенных вертикально и направленных при этом радиально пластин (22).

10. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что верхний торец (21) обечайки (16) расположен ниже или выше уровня кипящего слоя (29).

11. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что в стенке обечайки (16) ниже уровня кипящего слоя (29) над горелками (5) расположены верхние переточные отверстия (30), при этом верхний торец (21) обечайки (16) расположен выше уровня кипящего слоя (29).

12. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что над верхним торцом (21) обечайки (16) на некотором расстоянии от него установлен конус-отражатель (31) с вершиной, направленной вверх.

13. Регенератор по п. 12, отличающийся тем, что диаметр основания конуса-отражателя (31) больше, чем диаметр обечайки (16).

14. Регенератор по п. 12, отличающийся тем, что к конусу-отражателю (31) прикреплен своим основанием конус-отбойник (32), который направлен вершиной вниз и установлен по центру над открытым верхним торцом (21) обечайки (16), при этом отношение диаметра основания конуса-отбойника (32) к диаметру обечайки (16) находится в диапазоне от 0,3 до 0,9.

15. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что в зоне окисления катализатора (11) установлены 3-6 секционирующих решеток (9).

16. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что в напорной секции (18) зоны подогрева катализатора (10) установлены 1-3 секционирующие решетки (23).

17. Регенератор по п. 16, отличающийся тем, что расстояние между секционирующими решетками (23) зоны подогрева катализатора (10), а также между нижней секционирующей решеткой (23) зоны подогрева катализатора (10) и верхней секционирующей решеткой (9) зоны окисления катализатора (11) больше, чем расстояние между секционирующими решетками (9) зоны окисления катализатора (11).

18. Регенератор по п. 16, отличающийся тем, что открытая поверхность секционирующих решеток (23) зоны подогрева катализатора (10) больше, чем открытая поверхность секционирующих решеток (9) зоны окисления катализатора (11).

19. Регенератор по п. 4, отличающийся тем, что горелочное устройство имеет 1-3 яруса горелок (5), расположенных по высоте напорной секции (18) зоны подогрева катализатора (10).

20. Регенератор по п. 18, отличающийся тем, что над каждым ярусом горелок (5) расположена секционирующая решетка (23) зоны подогрева катализатора (10).