РЕАКЦИОННЫЙ СЛОЙ КАТАЛИЗАТОРА С РАЗДЕЛЬНОЙ ПОДАЧЕЙ СЫРЬЯ В УСТАНОВКЕ ДЛЯ ГИДРООЧИСТКИ
CATALYST REACTION LAYER WITH SEPARATE RAW MATERIAL FEEDING IN THE HYDRAULIC CLEANING PLANT

По настоящей заявке испрашивается приоритет заявки на патент США №14/022543 с датой подачи 10.09.2013, содержание которой полностью включено в данное описание посредством ссылки.
Уровень техники
Смеси нафты, которые могут содержать нафту каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, нафту коксования, прямогонную нафту или их комбинацию, трудно поддаются переработке. Такие смеси обычно содержат олефины, концентрация которых составляет 10-50 об. %. Олефины быстро насыщаются в слое катализатора, находящемся в реакторе, при контактировании с этим катализатором. Кроме того, контактирование олефинов с катализатором в реакторе приводит к экзотермической реакции конверсии олефинов, в результате чего выделяется значительное количество теплоты, и температура первого слоя реактора резко увеличивается. Такое резкое повышение температуры приводит к дезактивации первого слоя катализатора и, кроме того, зачастую затрудняет регулирование температуры в последующих слоях. Помимо этого, дезактивация слоя катализатора может приводить к тому, что реактор будет работать с эффективностью меньше максимальной, с уменьшением количества крекированного материала, который обрабатывается в реакторе, или с ограничением продолжительности времени функционирования этого аппарата.
Один из способов компенсации резкого повышения температуры, обусловленного конверсией олефинов, заключается в снижении выходной температуры нагревателя сырья. Такое решение может способствовать компенсации резкого роста температуры, но приводит к установлению перепада температур по высоте верхнего слоя катализатора в реакторе, составляющего 60-120°C. Однако существующие ограничения диапазона регулирования нагревателя сырья ограничивают возможность снижения его выходной температуры.
Соответственно, существует необходимость в создании способа регулирования температуры по высоте первого слоя без нарушения при этом функционирования дополнительных слоев.
Сущность изобретения
Первым аспектом настоящего изобретения является установка с реактором гидроочистки, содержащая реакционную камеру, в которой размещены по меньшей мере первый и второй слои катализатора. Реакционная камера содержит также первый вход, расположенный так, чтобы обеспечить подачу парообразного потока углеводородов к первому слою, и второй вход, расположение которого позволяет байпасировать первый слой и направлять парообразный поток углеводородов непосредственно ко второму слою. В установке имеется датчик разности температур для измерения перепада температур по высоте указанного первого слоя, и регулирующий клапан, установленный вблизи второго входа, соединенный с датчиком разности температур и обеспечивающий регулирование расхода парообразного потока углеводородов, подаваемого через второй вход реакционной камеры, исходя из перепада температур, измеренного датчиком разности температур. В нагревателе сырья образуется паровая фаза потока углеводородов, отводимого из нагревателя по выходной линии, которая сообщается по текучей среде с реакционной камерой. Выходная линия разветвляется так, что она соединена с реактором, как посредством первого выхода, так и посредством второго выхода, а ниже по потоку от точки разветвления размещено дроссельное устройство для создания перепада давления на первом входе. Перепад давления на дроссельном устройстве пропорционален расходу и устанавливается таким, чтобы поддерживать на регулирующем клапане, направляющем материал ко второму входу, перепад давления, достаточный для функционирования клапана надлежащим образом.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ гидроочистки потока смеси нафты, включающий использование реактора гидроочистки, содержащего первый вход, расположенный вблизи первого слоя, и второй вход, который расположен вблизи второго слоя и позволяет байпасировать первый слой. Поток смеси нафты поступает в реактор через нагреватель сырья, при этом поток разделяется так, что поступает в реактор как через первый вход, так и через второй вход. Кроме того, предлагаемый способ включает измерение перепада температур по высоте первого слоя и регулирование распределения потока смеси нафты на втором входе, исходя из измеренного перепада температур.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является реактор гидроочистки, который содержит первый слой и второй слой катализатора, размещенный ниже первого слоя. Первый вход сообщается по текучей среде с первым слоем, а второй вход байпасирует первый слой и сообщается по текучей среде со вторым слоем. Датчик температуры измеряет перепад температур по высоте первого слоя, а регулирующий клапан регулирует расход через второй вход в зависимости от перепада температур, измеренного с помощью датчика температуры.
Краткое описание чертежа
На чертеже представлена принципиальная схема технологического процесса, на которой изображен реактор с раздельной подачей исходного сырья для регулирования температуры по высоте верхнего слоя.
Подробное описание изобретения
Схема технологического процесса, осуществляемого с регулированием температуры по высоте верхнего слоя реактора, представленная на чертеже, обозначена в целом позицией 10. Поток углеводородного сырья, содержащего смесь нафты, вводится в технологический процесс по линии 12 и, в некоторых случаях, транспортируется через теплообменник 14, который испаряет сырье, содержащее нафту. Сырье, содержащее нафту в паровой фазе, направляется затем в нагреватель 16 сырья, который нагревает содержащее нафту сырье до реакционной температуры, и на выходе 16а из нагревателя получают нагретый выходящий поток сырья. На выходной линии 20, проходящей от нагревателя 16 сырья, размещен измеритель-регулятор температуры 18, предназначенный для непрерывного контроля температуры на выходе 16а из нагревателя сырья. Указанный измеритель-регулятор 18 электрически соединен с регулирующим клапаном 22, который управляет расходом топлива, подводимого в нагреватель 16 сырья, и, таким образом, с помощью нагревателя сырья регулирует температуру выходящего потока сырья, содержащего смесь нафты.
Ниже по потоку от измерителя-регулятора температуры 18 линия 20, транспортирующая поток, выходящий из нагревателя сырья, разветвляется с образованием первой ветви 24 и второй ветви 26. Первая ветвь 24 соединена с реактором 28 посредством первого входа 28а, в то время как вторая ветвь 26 соединена с реактором посредством второго входа 28b, находящегося на некотором расстоянии от первого входа.
Реактор 28 представляет собой многослойный реактор, в котором обрабатываемая текучая среда последовательно проходит по меньшей мере через первый слой 30 и второй слой 32 катализатора. Хотя здесь показан и описан реактор 28, содержащий первый слой и второй слой, специалистам в данной области техники понятно, что в реакторе, без выхода за границы объема настоящего изобретения, могут быть также использованы дополнительные слои. Первый вход 28а расположен в реакторе 28 так, что этот вход от первой ветви 24 сообщается по текучей среде с первым слоем 30. Второй вход 28b расположен так, что этот вход от второй ветви 26 сообщается по текучей среде со вторым слоем 30, без прохождения текучей среды через первый слой 30.
Кроме того, для измерения перепада температуры по высоте первого слоя 30 реактора используется автоматический регулятор 34 разности температур. Например, как показано на чертеже, регулятор 34 разности температур содержит первый датчик 34а температуры, установленный вблизи верхней поверхности первого слоя 30, и второй датчик 34b температуры, установленный вблизи нижней поверхности первого слоя, которые служат для определения перепада температур по высоте слоя и генерирования сигнала, показывающего перепад температуры, исходя из разности температур, измеренной с помощью первого и второго датчиков температуры.
Первая ветвь 24 линии, соединенная с первым входом 28а реактора, снабжена дроссельным устройством 36 для поддержания достаточной величины разности давлений на регулирующем клапане 38, установленном во второй ветви 26 так, чтобы указанный регулирующий клапан работал надлежащим образом. Дроссельное устройство 36 представляет собой, например, диафрагму с эксцентрично расположенным отверстием, диафрагму с соосно расположенным отверстием, диафрагму с сужающимся отверстием, регулирующий клапан или любое другое известное устройство для регулирования давления в пределах линии. Предпочтительно в качестве дроссельного устройства 36 используется диафрагма с эксцентрично расположенным отверстием, которая обеспечивает протекание в реактор 28 жидкости с выхода нагревателя сырья, в частности, во время стадии запуска, перед достижением в нагревателе сырья 16 требуемой оптимальной температуры и полным испарением углеводородного сырья, подаваемого по линии 12.
Вторая ветвь 26 соединена через регулирующий клапан 38 с реактором посредством второго входа 28b. Регулирующий клапан 38 функционально связан с регулятором 34 разности температуры и регулирует поток, проходящий через вторую ветвь 26 и поступающий на второй вход, исходя из измеренного перепада температур по высоте первого слоя 30. Таким образом, поток смеси нафты во второй ветви 26 можно регулировать в зависимости от роста температуры по высоте первого слоя 30. Это позволяет, например, увеличить расход через вторую ветвь 26 при увеличении измеренной разности температур, что, таким образом, ограничивает рост температуры во втором слое 30 до требуемой величины.
Регулирующий клапан 38 предпочтительно выполнен с возможностью непрерывного регулирования, чтобы обеспечить плавный, постепенный переход от полностью открытого положения к полностью закрытому положению. В качестве альтернативы, клапан 38 может быть выполнен с конечным рядом позиций между открытым и закрытым положениями. Еще одна альтернатива предусматривает возможность нахождения регулирующего клапана 38 только в двух положениях (т.е. в открытом и закрытом), при этом расход изменяется за счет регулирования «рабочего цикла» этого клапана (т.е. продолжительности времени нахождения клапана в открытом положении по отношению к продолжительности нахождения клапана в закрытом положении). Независимо от того, какой тип клапана 38 используется, регулирующий клапан принимает сигнал от регулятора 34 разности температур для осуществления регулирования расхода потока смеси нафты во второй ветви 26. Например, сигнал может показывать перепад температур по высоте первого слоя 30 для предварительно заданных интервалов времени. В качестве не ограничивающих примеров сигнал разности температур может быть получен один раз в секунду, один раз в минуту или один раз в час.
Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что сигнал указанной разности температур можно передавать более или менее часто, без выхода за пределы объема изобретения. В качестве альтернативы, регулятор 34 разности температур может быть выполнен с возможностью передачи определенных сигналов на регулирующий клапан 38 при достижении предварительно заданных величин перепада температур. Например, регулятор 34 может передавать сигналы на клапан 38 в том случае, если измеренный перепад температур по высоте слоя 30 составляет 50°C, 60°C, 75°C и/или 100°C. Специалистам в данной области техники будет также понятно, что такие сигналы могут генерироваться при других и/или дополнительных измеренных величинах перепадов температур, без выхода за пределы объема изобретения.
Открытие клапана (или активирование рабочего цикла) по результатам считывания показаний разности температур может осуществляться с помощью регулятора 34 таким образом, что поток углеводородов через вторую ветвь 26 увеличивается по мере увеличения перепада температур по высоте первого слоя 30. В качестве не ограничивающего примера регулирующий клапан 38 предпочтительно регулируют для поддержания перепада температур менее 100°C и более предпочтительно менее 75°C. Для создания таких перепадов вторая ветвь 26 может обеспечить до 50% потока смеси нафты, обеспечивая, таким образом, до 50% потока, который байпасирует первый слой 30 и поступает в реактор 28 вблизи второго слоя 32. Более предпочтительно, чтобы вторая ветвь 26 и регулирующий клапан 38 обеспечивали поступление в реактор до 33% потока смеси нафты вблизи второго слоя 32, в то время как 67% потока поступает в реактор вблизи первого слоя 30. Таким образом, предпочтительно вводить в реактор 28 большую часть потока углеводородов вблизи первого слоя 30.
После прохождения через один или большее количество реакционных слоев 30, 32 продукты реакции выходят из реактора 28 через выходное отверстие. Предпочтительно выходящие продукты реакции направляются в теплообменник 14, где они подогревают проходящую через него линию 12 исходного сырья перед поступлением исходного сырья в нагреватель 16 сырья. Затем выходящий поток продуктов объединяют с потоком 40 промывочной воды и охлаждают в конденсаторе 42. Выходящий из конденсатора 42 поток затем транспортируется в холодный сепаратор 44, который разделяет выходящий из конденсатора поток на парообразный богатый водородом поток, жидкий поток углеводородов и серосодержащую воду. Жидкая часть потока углеводородов затем через линию 44а направляется в отпарную колонну (не показана). Серосодержащая вода отводится из холодного сепаратора 44 через линию 44b и предпочтительно обрабатывается в размещенном ниже по потоку технологическом аппарате для удаления из воды загрязнений, таких как сероводород и аммиак.
Оставшаяся парообразная часть потока углеводородов объединяется с подпиточным газообразным водородом 46 и с помощью компрессора 48 рециркуляционного газа направляется в реактор 28 технологического процесса 10 и на линию подачи исходного сырья 12. Расход рециркуляционного газа, поступающего в реактор 28, регулируется в каждом слое с помощью регулирующего клапана 50, функционально связанного с регулятором 52 температуры, который измеряет температуру вблизи входа в слой катализатора ниже точки добавления рециркуляционного газа.
Таким образом, регулирование температуры слоя катализатора (и насыщения олефинами) достигается при отсутствии каких-либо гидравлических потерь, за исключением небольшого увеличения перепада давления в контуре рециркуляции газа, обусловленного наличием в первой ветви 24 диафрагмы 36 с сужающимся отверстием.
Примеры воплощений
Хотя изложенное ниже раскрыто во взаимосвязи с конкретными воплощениями, следует понимать, что настоящая часть описания является лишь иллюстративной и не ограничивает объем предшествующего описания и приложенных пунктов формулы изобретения.
Первое воплощение настоящего изобретения представляет собой установку с реактором гидроочистки, содержащую реакционную камеру, содержащую по меньшей мере первый слой и второй слой катализатора; кроме того, реакционная камера содержит первый вход, расположенный так, чтобы обеспечить подачу потока углеводородов к первому слою, и второй вход, расположенный так, чтобы байпасировать первый слой и направлять парообразный поток углеводородов ко второму слою; регулятор разности температур, выполненный с возможностью измерения перепада температур по высоте первого слоя; регулирующий клапан, установленный вблизи второго входа и соединенный с регулятором разности температур; при этом регулирующий клапан выполнен с возможностью регулирования расхода потока углеводородов, подаваемого через второй вход, исходя из разности температур, измеренной регулятором разности температур; нагреватель сырья, из которого через выходную линию выходит поток углеводородов, при этом выходная линия содержит разветвление, причем первая ветвь выходной линии соединена с первым входом и сообщается по текучей среде с первым слоем, а вторая ветвь выходной линии соединена со вторым входом и сообщается по текучей среде со вторым слоем; и дроссельное устройство, установленное между нагревателем сырья и первым входом ниже по потоку от точки разветвления выходной линии и служащее для контроля перепада давления на первом входе. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая первое воплощение в этом абзаце, в котором поток углеводородов содержит одно или большее количество веществ из: нафты крекинга в псевдоожиженном слое катализатора, нафты прямой перегонки, нафты коксования и олефинов. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая первое воплощение в этом абзаце, в котором дроссельное устройство выбрано из группы, включающей диафрагму с эксцентрично расположенным отверстием, регулирующий клапан и диафрагму с сужающимся отверстием. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая первое воплощение в этом абзаце, в котором дроссельное устройство представляет собой диафрагму с эксцентрично или соосно расположенным отверстием. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая первое воплощение в этом абзаце, в котором регулирующий клапан регулирует расход потока углеводородов, подаваемого через второй вход, так чтобы измеренный перепад температур не превышал 100°C. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая первое воплощение в этом абзаце, в котором регулирующий клапан регулирует расход потока углеводородов, подаваемого через второй вход, так чтобы измеренный перепад температур не превышал 75°C. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая первое воплощение в этом абзаце, в котором большая часть потока углеводородов поступает в реактор через первый вход. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая первое воплощение в этом абзаце, в котором 67% потока углеводородов поступает в реактор через первый вход.
Вторым воплощением изобретения является способ гидроочистки потока смеси нафты, включающий использование реактора гидроочистки, содержащего первый вход, расположенный вблизи первого слоя, и второй вход, расположенный вблизи второго слоя так, чтобы байпасировать первый слой; подачу потока смеси нафты в реактор через нагреватель нафты, при этом указанный поток разделяется таким образом, что поток поступает в реактор, как через первый вход, так и через второй вход; измерение перепада температур по высоте первого слоя; регулирование подачи смеси нафты на второй вход, исходя из измеренного перепада температур. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, в том числе второе воплощение в этом абзаце, дополнительно включающее использование дроссельного устройства, размещенного ниже по потоку от точки разделения потока, между нагревателем сырья и первым входом, и предназначенного для контроля перепада давления на первом входе. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая второе воплощение в этом абзаце, в котором дроссельное устройство выбрано из группы, включающей диафрагму с эксцентрично или соосно расположенным отверстием и регулирующий клапан. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая второе воплощение в этом абзаце, в котором поток смеси нафты содержит одно или большее количество веществ из: нафты крекинга в псевдоожиженном слое катализатора, нафты прямой перегонки, нафты коксования и олефинов. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая второе воплощение в этом абзаце, в котором распределение потока нафты регулируют таким образом, чтобы измеренный перепад температур не превышал 100°C. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая второе воплощение в этом абзаце, в котором регулируют распределение потока нафты таким образом, чтобы измеренный перепад температур не превышал 75°C. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая второе воплощение в этом абзаце, в котором регулируют распределение потока нафты таким образом, чтобы часть потока, подаваемая через второе входное отверстие, не превышала по объему 50% от объема общего потока. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая второе воплощение в этом абзаце, в котором регулируют распределение потока нафты таким образом, чтобы часть потока, подаваемая через второе входное отверстие, не превышала по объему 33% от объема общего потока.
Третье воплощение изобретения представляет собой реактор гидроочистки, содержащий первый слой и второй слой катализатора, расположенный ниже первого слоя; первый вход, сообщающийся по текучей среде с первым слоем; второй вход, байпасирующий первый слой и сообщающийся по текучей среде со вторым слоем; датчик температуры, предназначенный для измерения перепада температур по высоте первого слоя; и регулирующий клапан, служащий для регулирования расхода потока, проходящего через второй вход, исходя из разности температур, измеренной с помощью датчика температуры. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая третье воплощение в этом абзаце, в котором первый вход и второй вход выполнены с возможностью соединения с выходом нагревателя сырья. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая третье воплощение в этом абзаце, в котором регулирующий клапан регулирует расход таким образом, чтобы перепад температур не превышал 100°C. Воплощением изобретения является одно, любое или все предшествующие воплощения в этом абзаце описания, включая третье воплощение в этом абзаце, в котором реактор используется для очистки смеси нафты, содержащей нафту крекинга в псевдоожиженном слое катализатора, нафту прямой перегонки, нафту коксования и олефины.
Несмотря на то, что в приведенном выше подробном описании изобретения был представлен по меньшей мере один пример воплощения, следует принимать во внимание, что существует очень большое число вариантов. Следует также понимать, что описанный пример воплощения является лишь иллюстративным примером, не ограничивающим каким-либо образом объем, случаи применения или форму осуществления изобретения. Напротив, приведенное выше подробное описание будет предоставлять специалистам в данной области техники подходящий ориентир для практической реализации примера воплощения изобретения. Следует понимать, что в функционировании и конструктивном выполнении элементов, описанных в примере воплощения, могут быть осуществлены различные изменения, без выхода за пределы объема изобретения, установленные в приложенных пунктах формулы изобретения.