УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДЕГИДРИРОВАНИЯ АЛКАНОВ Российский патент 2022 года по МПК C07C11/02 C07C5/333 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к дегидрированию алканов и, в частности, относится к устройствам для дегидрирования алканов до алкенов.

Предшествующий уровень техники

С ростом мирового спроса на нефтехимические продукты, производство нефтехимических предшественников, таких как этилен, пропилен и бутилены, набирает обороты. Каталитическое дегидрирование является одним из хорошо известных процессов получения легких алкенов из соответствующих алканов. Каталитическое дегидрирование алканов - это быстрая и ограниченная по равновесию реакция, в которой высокие температуры и низкое давление способствуют образованию алкенового продукта. В процессе дегидрирования алканов катализатор постепенно дезактивируется, в первую очередь за счет образования кокса. Затем катализатор регенерируют путем периодического сжигания осажденного кокса в присутствии воздуха или кислорода. Поскольку реакция дегидрирования является эндотермической, внешнее тепло подается либо путем предварительного нагрева сырья до высоких температур, либо путем использования нагревателей между реакторами, соединенными последовательно, в дополнение к теплу, генерируемому сгоранием углеродистых отложений на катализаторе.

Из уровня техники известно о нескольких типах конфигураций реакторов или устройствах для каталитического дегидрирования алканов. В Патенте США No.5436383 раскрыта система каталитического дегидрирования, в которой можно использовать реактор с неподвижным слоем, подвижным слоем или с псевдоожиженным слоем. В случае реакторной системы с неподвижным слоем, как описано в патенте США No.6392113B1, набор реакторов каталитического дегидрирования работает в циклическом нестационарном режиме с регенерацией слоя катализатора каждые 10-30 минут. Слой катализатора нагревается во время регенерации, и это тепло используется для проведения реакции дегидрирования. Для установок больших размеров требуются несколько параллельно подключенных реакторов большого размера. Частое переключение системы может привести к проблемам при эксплуатации и техническом обслуживании, а не являющаяся непрерывной система термически менее эффективна, чем непрерывный процесс.

В патенте США No.5130106 описаны реакторы с радиальным потоком с подвижным слоем, последовательно соединенные с системой непрерывной регенерации катализатора для процесса каталитического дегидрирования алкана. Однако для удовлетворения потребности процесса в тепле требуются промежуточные нагреватели, чтобы избежать использования реакторов и промежуточных нагревателей большого размера и, таким образом, снизить капитальные и эксплуатационные расходы. Система реакторов с циркулирующим псевдоожиженным слоем и непрерывной регенерацией катализатора представляется разумным выбором. Системы реакторов с циркулирующим псевдоожиженным слоем имеют несколько преимуществ, таких как простота добавления и извлечения катализатора, непрерывная регенерация катализатора, замена одного состава катализатора на другой без остановки, гибкость для введения любого типа каталитической добавки для изменения структуры выхода и т.д.

Типичными катализаторами, используемыми для дегидрирования легких алканов, являются Pt-Sn, оксиды Cr, V и т.д. После реакции дегидрирования алканов катализатор необходимо регенерировать в присутствии кислородсодержащего газа для удаления отложений кокса. Однако в процессе регенерации активные металлы катализатора окисляются, из-за чего характеристики катализатора могут измениться. Чтобы поддерживать высокую селективность по продукту, необходимо регулировать степень окисления металлов на катализаторе. Настоящее изобретение раскрывает несколько конфигураций реакторов для достижения высокого выхода алкена и селективности за счет решения вышеупомянутых проблем.

Сущность изобретения

Данное краткое изложение сущности изобретения предоставлено для ознакомления с выбором идеи изобретения в упрощенном формате, которая дополнительно описана в подробном описании изобретения. Данное краткое изложение сущности изобретения не предназначено для определения ключевых или существенных изобретательских идей настоящего изобретения и не предназначено для определения объема настоящего изобретения.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к устройству для дегидрирования алканов с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Устройство включает в себя лифт-реактор, приспособленный для размещения предварительно нагретого потока алканового сырья и катализатора для реакции, и регенератор, приспособленный для сжигания кокса, осажденного на катализаторе, и для нагрева катализатора до желаемой температуры. Устройство включает в себя отводной резервуар, расположенный ниже регенератора и приспособленный для приема регенерированного катализатора и удаления воздуха из пор регенерированного катализатора. Устройство включает в себя транспортную линию, соединяющую отводной резервуар с лифт-реактором и приспособленную для приема горячего регенерированного катализатора, не содержащего кислорода, из отводного резервуара, а также для предварительной обработки катализатора восстановительным газом для регулирования степени окисления металлов катализатора перед повторным введением катализатора в нижнюю часть лифт-реактора. Транспортная линия образована в удлиненной U-образной трубе, так что степень окисления металлов катализатора регулируется к тому времени, когда катализатор достигает дна лифт-реактора.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к устройству для дегидрирования алканов с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Устройство включает в себя лифт-реактор, приспособленный для размещения предварительно нагретого потока алканового сырья и катализатора для реакции, и регенератор, приспособленный для сжигания кокса, осажденного на катализаторе, и нагревания катализатора до желаемой температуры. Устройство включает в себя отводной резервуар, расположенный ниже регенератора и приспособленный для приема регенерированного катализатора и удаления воздуха из пор регенерированного катализатора. Устройство включает в себя емкость, соединенную с отводным резервуаром и приспособленную для приема горячего регенерированного катализатора, не содержащего кислорода, из отводного резервуара, а также для предварительной обработки катализатора восстановительным газом для регулирования степени окисления металлов катализатора перед повторным вводом катализатора во второй конец лифт-реактора. Второй конец погружен в псевдоожиженный слой катализатора в емкости.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к устройству для дегидрирования алканов с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Устройство включает в себя лифт-реактор, приспособленный для размещения предварительно нагретого потока алканового сырья и катализатора для реакции, и сепаратор, соединенный с лифт-реактором. Устройство включает в себя регенератор, расположенный ниже сепаратора и приспособленный для приема фракции катализатора, не содержащего углеводородов, после реакции и отгонки, облегчения регенерации отработанного катализатора путем сжигания кокса, осажденного на катализаторе, и нагрева катализатора до желаемой температуры. Устройство включает в себя емкость для выдержки, расположенную после сепаратора и приспособленную для приема оставшейся фракции не содержащего углеводородов катализатора. Регенератор и емкость для выдержки соединены с нижней частью лифт-реактора через третью и четвертую трубы, соответственно, подающие соответствующую фракцию после обработки катализатора в нижнюю часть лифт-реактора.

Чтобы дополнительно прояснить преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения, более конкретное описание настоящего изобретения будет представлено со ссылкой на конкретные варианты его осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Следует понимать, что на этих чертежах изображены только типичные варианты осуществления изобретения, и поэтому они не должны рассматриваться как ограничивающие его объем. Далее настоящее изобретение будет описано и объяснено более конкретно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Эти и другие отличительные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными при прочтении следующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые символы обозначают одинаковые части на всех чертежах, где:

На фиг.1 показан схематический вид устройства для дегидрирования алканов в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

На фиг.2 показан схематический вид устройства для дегидрирования алканов в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения; и

На фиг.3 показан схематический вид устройства для дегидрирования алканов в соответствии с еще другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Кроме того, специалистам в данной области техники будет понятно, что элементы на чертежах приводятся для простоты и не обязательно изображены в масштабе. Например, блок-схемы иллюстрируют способ с точки зрения наиболее важных этапов, и приводятся для того, чтобы помочь улучшить понимание аспектов настоящего изобретения. Кроме того, с точки зрения конструкции устройства, один или несколько компонентов устройства могли быть представлены на чертежах обычными символами, и чертежи могут показывать только те конкретные детали, которые имеют отношение к пониманию вариантов осуществления настоящего изобретения, так чтобы не затруднять понимание чертежей деталями, которые будут очевидны для специалистов в данной области техники, ознакомившихся с приведенным здесь описанием.

Подробное описание чертежей

Для улучшения понимания принципов настоящего изобретения далее изобретения будет описываться со ссылкой на вариант осуществления, проиллюстрированный на чертежах, и для его описания будут использованы конкретные термины. Тем не менее, следует понимать, что тем самым не предполагается ограничение объема изобретения, наоборот предполагается, что изменения и дальнейшие модификации в приведенной в качестве примера системе, а также такое дальнейшее применение принципов изобретения, как показано здесь, как правило, могут быть сделаны специалистом в области техники, к которой относится изобретение. Если не указано иное, то все используемые здесь технические и научные термины имеют то же значение, которое обычно понимается специалистом в области, к которой относится настоящее изобретение. Представленные здесь система, способы и примеры, являются только иллюстративными и не предназначены для ограничения настоящего изобретения.

Варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Настоящее изобретение относится к каталитическому дегидрированию алканов до алкенов и, в частности, относится к устройствам для дегидрирования легких алканов (C₂-C₅) до алкенов и, более конкретно, к устройству с циркулирующим псевдоожиженным слоем для дегидрирования легких алканов до алкенов.

Одна из задач настоящего изобретения состоит в том, чтобы сконструировать устройство для получения ценных олефинов, таких как пропилен и изобутилен. Другой задачей является разработка способа, который увеличивает селективность по олефинам за счет обеспечения эффективного контакта между катализатором и исходным алканом и за счет регулирования степени окисления активных металлов катализатора. Другая задача состоит в том, чтобы увеличить срок службы катализатора за счет регенерации фракции катализатора.

Настоящее изобретение относится к устройству для получения легких олефинов с более высокой селективностью путем каталитического дегидрирования соответствующих парафинов. Устройство состоит из циркуляционного лифт-реактора с частичной или полной регенерацией катализатора. Более высокий выход и селективность алкенов достигается за счет обеспечения эффективного контакта между сырьем и циркулирующим катализатором, а также за счет регулирования степени окисления металлов катализатора. Раскрытые конфигурации реакторов обеспечивают гибкость во время работы с точки зрения добавления/добавки/ удаления катализатора и т.д. и не требуют каких-либо промежуточных нагревателей или реакторов большого размера.

Описано несколько конфигураций устройств, представляющих собой реакторы для каталитического дегидрирования алканов в алкены, включающих в себя реакторную систему с циркулирующим псевдоожиженным слоем и непрерывной регенерацией катализатора. Катализатор и поток сырья одновременно находятся в лифт-реакторе, в котором происходит реакция дегидрирования с последующей отгонкой газообразных продуктов из катализатора в отпарной колонне. Часть катализатора или весь катализатор регенерируют с использованием воздуха или кислорода или смеси воздуха и топлива, в зависимости от количества образовавшегося кокса и количества тепла, необходимого для реакции дегидрирования. В случае полной регенерации катализатора регенерированный катализатор перед реакцией обрабатывают восстанавливающим агентом или в удлиненном цилиндрическом резервуаре или в емкости. Способ настоящего изобретения проиллюстрирован следующими фигурами, но не ограничен ими.

На фиг.1 показан схематический вид устройства 100 для дегидрирования алканов в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 100 можно также определить как реакторную систему с циркулирующим псевдоожиженным слоем с полной регенерацией катализатора.

Устройство 100 может включать в себя без ограничений лифт-реактор 101, сепаратор 104, соединенный с лифт-реактором 101, регенератор 107, соединенный с сепаратором 104, отводной резервуар 109, расположенный ниже регенератора 107 и транспортную линию 110, соединяющую отводной резервуар 109 с лифт-реактором 101. Сепаратор 104 включает в себя устройство остановки подъема 102, набор циклонов и отпарную колонну. В одном варианте осуществления изобретения первый конец 103 лифт-реактора 101 может открываться в сепаратор 104. В другом варианте осуществления изобретения устройство 100 может включать в себя устройство остановки подъема 102, находящееся на первом конце 103 лифт-реактора 101 открывающееся в отпарную колонну через набор циклонов.

Лифт-реактор 101 может быть приспособлен для размещения предварительно нагретого потока 111 исходного алканового сырья и катализатора 112 для реакции. Реакция может происходить в лифт-реакторе 101. Поток 111 предварительно нагретого исходного алканового сырья с разбавителями или без них контактирует с одновременно движущимся вверх катализатором 112 в лифт-реакторе 101. В одном варианте осуществления изобретения алканы включают в себя без ограничений этан, пропан, н-бутан, изобутан и любую их комбинацию. Разбавитель включает в себя без ограничений пар, азот и любой другой инертный газ. Алканы дегидрируют до соответствующих алкенов в лифт-реакторе 101.

В одном варианте осуществления изобретения после реакции катализатор 112, алкеновый продукт, непрореагировавшие алканы и другие газы могут быть введены в сепаратор 104, в котором алкеновый продукт, непрореагировавшие алканы и другие газы отделяются от катализатора 112 в устройстве остановки подъема 102 и наборе циклонов. Газы, включая углеводороды 114, выпускаются через вентиляционное отверстие 105 для дальнейшего разделения или очистки, и катализатор попадает в секцию отпарной колонны. Отпарная колонна может быть приспособлена для приема катализатора, оставшихся захваченных углеводородов и газов из циклонов. Кроме того, отпарная колонна может способствовать удалению оставшихся углеводородов и газов из катализатора для образования паров углеводородов. В одном варианте осуществления изобретения углеводороды удаляют с катализатора с использованием пара или азота, или любого другого инертного газа 113, или любого подходящего газового потока. Набивка и внутренние части отпарной колонны имеют любую подходящую конструкцию. Пары углеводородов могут включать в себя без ограничений алкеновый продукт и непрореагировавшие алканы. Сепаратор 104 может быть соединен с регенератором 107.

В одном варианте осуществления изобретения устройство 100 может включать в себя трубу 106, приспособленную для соединения сепаратора 104 с регенератором 107. Кроме того, устройство 100 может включать в себя золотниковый клапан, расположенный в трубе 106. Золотниковый клапан может быть приспособлен для регулирования потока катализатора 115 без углеводородов из сепаратора 104 в регенератор 107.

Регенератор 107 может быть приспособлен для приема катализатора, не содержащего углеводородов, облегчения сжигания кокса, осажденного на катализаторе, нагрева катализатора до желаемой температуры и отделения мелких частиц катализатора от образующегося дымового газа. В одном варианте осуществления изобретения желаемая температура может варьироваться в диапазоне от 600 до 800 градусов Цельсия. В одном варианте осуществления изобретения воздух или кислород или смесь воздуха и топлива 116 подают для сжигания кокса, осажденного на катализаторе, и для нагрева катализатора до желаемой температуры. Распределитель воздуха в регенераторе может быть любой стандартной конструкции. В одном варианте осуществления изобретения регенератор 107 может включать в себя отверстие 108, приспособленное для выпуска дымового газа. Например, мелкие частицы катализатора отделяются от дымового газа 117 с помощью набора циклонов, и дымовой газ выпускается из регенератора 107. Регенератор 107 может быть соединен с отводным резервуаром 109.

Отводной резервуар 109 может быть приспособлен для приема регенерированного катализатора из регенератора 107 и удаления воздуха из пор регенерированного катализатора. В одном варианте осуществления изобретения воздух из пор катализатора удаляется с использованием пара или азота 118. Кроме того, отводной резервуар 109 может быть соединен с лифт-реактором 101 через транспортную линию 110. В одном варианте осуществления изобретения устройство 100 может также включать в себя золотниковый клапан, расположенный в транспортной линии 110, для регулирования потока катализатора. Транспортная линия 110 может быть приспособлена для приема горячего регенерированного катализатора 119, не содержащего кислорода, из отводного резервуара 109. Впоследствии транспортная линия 110 может регулировать степень окисления металлов катализатора путем обработки восстановительным газом 120 перед повторным вводом катализатора в нижнюю часть лифт-реактора 101. В одном из вариантов осуществления изобретения восстановительный газ 120 может включать в себя без ограничений водород, метан, топливный газ и сухой газ. В одном варианте осуществления изобретения транспортная линия 110 может иметь форму удлиненной U-образной трубы. Конструкция транспортной линии 110 такова, что степень окисления металлов катализатора регулируется к тому времени, когда предварительно обработанный катализатор достигает дна лифт-реактора 101. В случае предлагаемой U-образной трубы, восстановительный газ имеет достаточно времени, чтобы регулировать степень окисления металлов катализатора. Предварительно обработанный катализатор 112 затем поднимается в лифт-реактор 101 с использованием пара или азота 121 для реакции дегидрирования.

На фиг.2 показано устройство 200 с циркулирующим псевдоожиженным слоем для дегидрирования алканов в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 200 подходит для катализаторов, содержащих активные металлы/компоненты с более низкой окислительной способностью.

Устройство 200 может включать в себя без ограничений лифт-реактор 201, сепаратор 204, соединенный с лифт-реактором 201, трубу 206, соединяющую сепаратор 204 и регенератор 207, золотниковый клапан, расположенный в трубе 206, регенератор 207, имеющий отверстие 208, отводной резервуар 209, расположенный ниже регенератора 207, транспортную линию 210, соединяющую отводной резервуар 209 с емкостью 211. Для краткости конструктивные и рабочие характеристики компонентов, которые уже были объяснены в описании Фиг. 1, не объясняются подробно в описании Фиг. 2. Например, лифт-реактор 201, сепаратор 204, содержащий устройство остановки подъема 202, циклоны, отпарная колонна и отверстие 205, труба 206, регенератор 207, отверстие регенератора 208, отводной резервуар 209 и транспортная линия 210 работают аналогично тому, как показано на фиг.1. Таким образом, обработка катализатора, алканы и алкеновый продукт также являются в устройстве 200 примерно теми же самыми.

Емкость 211 является компонентом, который не был описан в устройстве 100. Емкость 211 может быть соединена с отводным резервуаром 209 через транспортную линию 210. Как показано, конструкция транспортной линии 210 в устройстве 200 отличается от конструкции в устройстве 100, например, для облегчения соединения отводного резервуара 209 с емкостью 211. Емкость 211 может быть приспособлена для приема горячего регенерированного катализатора 222, не содержащего кислорода, из отводного резервуара 209. Кроме того, емкость 211 может быть приспособлена для предварительной обработки катализатора восстановительным газом для регулирования степени окисления металлов катализатора перед повторным введением катализатора во второй конец 213 лифт-реактора 201. Второй конец 213 может быть погружен в псевдоожиженный слой катализатора в емкости 211. Емкость 211 может содержать отверстие 225.

Таким образом, в емкости 211 катализатор подвергается восстановлению с использованием восстановителя 223, такого как водород и метан, и образующийся дымовой газ 224 направляется через циклоны. В одном примере время пребывания катализатора в емкости 211 может составлять от 2 до 6 минут. Предварительно обработанный катализатор 215 из слоя перемещается вверх в лифт-реактор 102 для дегидрирования алканов до алкенов.

В одном варианте осуществления изобретения устройство 200 может включать в себя пробковый клапан 212, расположенный на дне емкости 211 и приспособленный для регулирования потока катализатора в лифт-реактор 201. В одном варианте осуществления изобретения пробковый клапан 212 может быть расположен в центре дна емкости 211.

В одном варианте осуществления изобретения устройство 200 может включать в себя, по меньшей мере, один газораспределитель подходящего размера и конструкции, расположенный на варьирующей высоте в нижней части емкости 211. Кроме того, устройство 200 может включать в себя, по меньшей мере, один подающий сырье инжектор, расположенный непосредственно над емкостью 211.

Устройство 200 подходит для катализаторов, содержащих активные металлы/компоненты с более низкой окислительной способностью.

На фиг.3 показано устройство 300 с циркулирующим псевдоожиженным слоем для дегидрирования алканов до алкенов в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Для краткости конструктивные и рабочие характеристики настоящего изобретения, которые уже были объяснены при описании Фиг. 1 и Фиг. 2, не объясняются подробно в описании фиг.3.

Устройство 300 может включать в себя без ограничений лифт-реактор 301, приспособленный для размещения предварительно нагретого потока 314 алканового сырья и катализатора 315 для реакции, а также сепаратор 304, соединенный с лифт-реактором 301. Сепаратор 304 может быть приспособлен для приема катализатора, алкенового продукта и непрореагировавших алканов и облегчения удаления углеводородов из катализатора для образования паров углеводородов.

Устройство 300 может дополнительно включать в себя регенератор 307, расположенный ниже сепаратора 304 через первую трубу 306. Регенератор 307 может быть приспособлен для приема фракции не содержащего углеводородов катализатора, облегчения сжигания кокса, осажденного на катализаторе, нагрева катализатора до желаемой температуры и отделения мелких частиц катализатора от образующегося дымового газа.

Устройство 300 может дополнительно включать в себя емкость для выдержки 310, расположенную ниже сепаратора 304 через вторую трубу 309. Емкость для выдержки 310 может быть приспособлена для приема оставшейся фракции не содержащего углеводородов катализатора и нагревания катализатора до желаемой температуры. Регенератор 307 и емкость для выдержки 310 могут быть соединены с нижней частью лифт-реактора через третью трубу 312 и четвертую трубу 313, соответственно, обеспечивая подачу соответствующей фракции катализатора после обработки в нижнюю часть лифт-реактора 301. В одном варианте осуществления изобретения входное отверстие для сырья в лифт-реакторе 301 может быть расположено на высоте, на которой достигается равномерное смешивание отработанного и регенерированного катализатора или равномерное распределение температуры.

В одном варианте осуществления изобретения высота регенератора 307 и емкости для выдержки 310 может быть выбрана на основе общего баланса давления в зависимости от соответствующей фракции катализатора, подаваемой в регенератор 307 и емкость для выдержки 310.

Поскольку время контакта алканового сырья и катализатора в лифт-реакторах очень короткое, как правило, в диапазоне 0,1-5,0 секунд, селективность по продукту будет выше, а количество кокса, образующегося во время дегидрирования, ниже по сравнению с процессом в реакторах с неподвижным или подвижным слоем. Следовательно, нет необходимости регенерировать весь катализатор в каждом цикле. Таким образом, фракция отработанного катализатора 318 направляется в регенератор 307, где кокс, отложившийся на катализаторе, сжигается, и катализатор нагревается до желаемой температуры в присутствии воздуха или кислорода или смеси воздуха и топливного газа 319. Образовавшийся дымовой газ 320 выходит из регенератора 307 через циклоны, и фракция горячего регенерированного катализатора течет вниз через третью трубу 312 в нижнюю часть лифт-реактора 301.

Оставшаяся фракция катализатора 321 проходит через вторую трубу 309 в емкость для выдержки катализатора 310, где катализатор нагревается с использованием горячего инертного газа 322. Относительно холодный инертный газ 323 выходит из емкости для выдержки катализатора 310 из циклонов, и фракция горячего отработанного катализатора поступает в нижнюю часть лифт-реактора 301 через четвертую трубу 313. Обе фракции катализатора смешиваются в нижней части лифт-реактора и поднимаются по лифт-реактору 301 с использованием пара или азота 324. Поскольку только часть катализатора подвергается воздействию регенерации, общий срок службы катализатора увеличивается вместе с регулированием степени окисления металлов катализатора.

Как будет понятно специалисту в данной области техники, обработка катализатора и других веществ с помощью устройства 200 и устройства 300 аналогична обработке, описанной для устройства 100. Для краткости подробное описание этих процессов не повторяется.

Как можно понять, устройства 100, 200 и 300 приспособлены для дегидрирования алканов до алкенов, в частности легких алканов с числом атомов углерода от 2 до 5, при этом реакция дегидрирования протекает в циркуляционном лифт-реакторе с частичной или полной регенерацией катализатора. Выход алкенового продукта и селективность повышаются за счет обеспечения эффективного контакта между сырьем и циркулирующим катализатором и за счет регулирования степени окисления активных металлов катализатора. Некоторые из преимуществ устройств 100, 200 и 300 настоящего изобретения заключаются в следующем:

• Получение ценных олефинов, особенно пропилена и изобутилена, из соответствующих алканов с более высокой селективностью.

• Легкость и гибкость в эксплуатации.

• Увеличение срока службы катализатора.

• Отсутствие необходимости в промежуточных нагревателях или реакторах большого размера.

• Непрерывное добавление и отвод катализатора без остановки реактора.

• Реакция и регенерация происходят в отдельных секциях и, таким образом, не происходит смешения углеводородов с кислородом/воздухом.

• Раскрытое устройство обычно работает при давлениях выше атмосферного и, следовательно, исключается возможность проникновения окружающего воздуха в систему.

U-образный профиль транспортной линии 110 устройства 100 гарантирует, что степень окисления металлов на регенерированном катализаторе регулируется к тому времени, когда катализатор достигает дна лифт-реактора 102. Кроме того, устройство 200 подходит для катализаторов, содержащих активные металлы/компоненты с более низкой окислительной способностью. Более того, срок службы катализатора можно увеличить с помощью устройства 300, не подвергая регенерации весь катализатор. Желаемая селективность по олефинам достигается таким пропорциональным смешиванием регенерированного катализатора и отработанного катализатора в устройстве 300 благодаря регулированию степеней окисления общего равновесного катализатора.

Таким образом, устройства 100, 200 и 300 сконструированы так, чтобы предложить комплексный подход к дегидрированию алканов до алкенов в различных сценариях. Как следует из вышесказанного, устройства 100, 200 и 300 просты, эффективны, легки и гибки в эксплуатации, а также экономичны.

Хотя для описания настоящего изобретения использовалась конкретная терминология, любые ограничения, возникающие в связи с этим, не предполагаются. Как будет очевидно для специалиста в данной области техники, в способ могут быть внесены различные рабочие модификации, чтобы реализовать изложенную здесь концепцию изобретения. Чертежи и вышеприведенное описание дают примеры вариантов осуществления изобретения. Специалисты в данной области техники поймут, что один или несколько описанных элементов могут быть объединены в один функциональный элемент. В качестве альтернативы некоторые элементы могут быть разделены на несколько функциональных элементов. Элементы из одного варианта осуществления изобретения могут быть добавлены к другому варианту осуществления изобретения.

Изобретение относится к трем вариантам устройства с циркулирующим псевдоожиженным слоем для дегидрирования алканов. Согласно одному из вариантов устройство включает в себя лифт-реактор, сепаратор, соединенный с лифт-реактором, регенератор, соединенный с сепаратором, и отводной резервуар, расположенный ниже регенератора, и транспортную линию, соединяющую отводной резервуар с лифт-реактором. При этом транспортная линия приспособлена для приема горячего регенерированного катализатора, не содержащего кислорода, из отводного резервуара; и предварительной обработки катализатора восстановительным газом для регулирования степени окисления металлов катализатора перед повторным вводом катализатора в нижнюю часть лифт-реактора, где транспортная линия сформирована в виде удлиненной U-образной трубы, так что степень окисления металлов катализатора регулируется к тому времени, когда катализатор достигает дна лифт-реактора. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство (100) с циркулирующим псевдоожиженным слоем для дегидрирования алканов, включающее в себя лифт-реактор (101), сепаратор (104), соединенный с лифт-реактором (101), регенератор (107), соединенный с сепаратором (104), и отводной резервуар (109), расположенный ниже регенератора (107), и транспортную линию (110), соединяющую отводной резервуар (109) с лифт-реактором (101),

при этом транспортная линия (110) приспособлена для:

приема горячего регенерированного катализатора, не содержащего кислорода, из отводного резервуара (109); и

предварительной обработки катализатора восстановительным газом для регулирования степени окисления металлов катализатора перед повторным вводом катализатора в нижнюю часть лифт-реактора (101), где транспортная линия (110) сформирована в виде удлиненной U-образной трубы, так что степень окисления металлов катализатора регулируется к тому времени, когда катализатор достигает дна лифт-реактора (101).

2. Устройство (100) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, где лифт-реактор (101) приспособлен для размещения предварительно нагретого потока алканового сырья (111) и катализатора (112) для реакции дегидрирования.

3. Устройство (100) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, где сепаратор (104) включает в себя:

устройство остановки подъема (102) для отделения катализатора от углеводородов;

набор циклонов для разделения катализатора и паров углеводородов; и

отпарную колонну для отделения захваченных углеводородов от катализатора с использованием отпарной среды, включающей в себя пар, азот или любой подходящий газовый поток, где углеводороды включают в себя алкеновый продукт и непрореагировавшие алканы.

4. Устройство (100) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, где регенератор (107) приспособлен для:

приема отработанного катализатора из сепаратора (104) после удаления углеводорода через трубу (106) со скоростью, регулируемой золотниковым клапаном в трубе (106); и

облегчения регенерации катализатора путем сжигания кокса, осажденного на катализаторе, и нагревания катализатора до желаемой температуры.

5. Устройство (100) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, где отводной резервуар (109) приспособлен для приема регенерированного горячего катализатора и для удаления воздуха из пор регенерированного катализатора.

6. Устройство (100) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, где восстановительный газ (120) содержит, по меньшей мере, один из следующих газов: водород, метан, топливный газ и сухой газ.

7. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем для дегидрирования алканов, включающее в себя лифт-реактор (201), сепаратор (204), соединенный с лифт-реактором (201), регенератор (207), соединенный с сепаратором (204), и отводной резервуар (209), расположенный ниже регенератора (207), и емкость (211), соединенную с отводным резервуаром (209) через транспортную линию (210),

при этом емкость (211) приспособлена для:

приема горячего регенерированного катализатора, не содержащего кислород, из отводного резервуара (209); и

предварительной обработки катализатора восстановительным газом для регулирования степени окисления металлов катализатора перед повторным вводом катализатора во второй конец (213) лифт-реактора (201), где второй конец (213) погружен в псевдоожиженный слой катализатора в емкости (211).

8. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.7, где лифт-реактор (201) приспособлен для размещения предварительно нагретого потока алканового сырья (214) и катализатора (215) для реакции дегидрирования.

9. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.7, где сепаратор (204) включает в себя:

устройство остановки подъема (202) для отделения катализатора от углеводородов;

набор циклонов для разделения катализатора и паров углеводородов; и

отпарную колонну для отделения захваченных углеводородов от катализатора с использованием отпарной среды, включающей в себя пар, азот или любой газовый поток, где углеводород включает в себя алкеновый продукт и непрореагировавшие алканы.

10. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.7, где регенератор (207) приспособлен для:

приема отработанного катализатора из сепаратора (204) после удаления углеводорода через первую трубу (206) со скоростью, регулируемой золотниковым клапаном в трубе (206); и

облегчения регенерации катализатора путем сжигания кокса, осажденного на катализаторе, и нагревания катализатора до желаемой температуры.

11. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.7, где отводной резервуар (209) приспособлен для приема регенерированного катализатора из регенератора (207) и для удаления воздуха из пор регенерированного катализатора.

12. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.7, включающее в себя пробковый клапан (212), расположенный на дне емкости (211) и приспособленный для регулирования потока катализатора в лифт-реактор (201).

13. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.7, включающее в себя, по меньшей мере, один газораспределитель подходящего размера и конструкции, расположенный на варьирующей высоте в нижней части емкости (211).

14. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.7, включающее в себя, по меньшей мере, один подающий инжектор, расположенный непосредственно над емкостью (211).

15. Устройство (200) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.7, где восстановительный газ (223) содержит, по меньшей мере, один из следующих газов: водород или метан или топливный газ или сухой газ.

16. Устройство (300) с циркулирующим псевдоожиженным слоем для дегидрирования алканов, включающее в себя:

лифт-реактор (301), приспособленный для размещения предварительно нагретого потока алканового сырья (314) и катализатора (315) для реакции дегидрирования;

сепаратор (304), соединенный с лифт-реактором (301);

регенератор (307), расположенный ниже сепаратора (304) и приспособленный для:

приема фракции катализатора, не содержащего углеводородов, после реакции и отгонки;

облегчения регенерации отработанного катализатора путем сжигания кокса, осажденного на катализаторе; и

нагрева катализатора до желаемой температуры; и

емкость для выдержки (310), расположенная ниже сепаратора (304) и приспособленная для приема оставшейся фракции не содержащего углеводородов катализатора,

где регенератор (307) и емкость для выдержки (310) соединены с нижней частью лифт-реактора (301) через третью трубу (312) и четвертую трубу (313), соответственно, доставляя соответствующую фракцию катализатор в нижнюю часть лифт-реактора (301).

17. Устройство (300) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.16, где сепаратор (304) включает в себя:

устройство прекращения подъема (302) для отделения катализатора от углеводородов;

набор циклонов для разделения катализатора и паров углеводородов; и

отпарную колонну для отделения захваченных углеводородов от катализатора с использованием среды для отгонки, включающей в себя пар, азот и любой газовый поток, при этом углеводород включает в себя алкеновый продукт и непрореагировавшие алканы.

18. Устройство (300) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.16, где емкость для выдержки (310) приспособлена для:

приема оставшейся фракции очищенного от углеводородов отработанного катализатора из сепаратора (304) через вторую трубу (309) со скоростью, регулируемой золотниковым клапаном во второй трубе (309); и

обеспечения потока горячего газа, не содержащего кислорода, (322) через нижнюю часть, чтобы поддерживать катализатор в псевдоожиженном состоянии.

19. Устройство (300) с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.16, где высоты регенератора (307) и емкости для выдержки (310) выбираются на основе общего баланса давления в зависимости от соответствующей фракции катализатора, подаваемой в регенератор (307) и емкость для выдержки (310).