СИСТЕМА ИЗВЛЕЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА КОНВЕРСИИ ОКСИГЕНАТОВ В ОЛЕФИНЫ С БАШНЕЙ ГАШЕНИЯ РЕАКЦИИ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНУЮ СУШИЛЬНУЮ КАМЕРУ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
SYSTEM FOR EXTRACTION OF CATALYST OF OXYGENATES CONVERSION IN OLEFINS WITH REACTION SHUT-DOWN TOWER EXPLOITING LOW-TEMPERATURE DRYING CHAMBER WITH FLUIDISED BED

Область техники, к которой относится изобретение
Данное описание изобретения относится к системам и способам для извлечения катализатора в способах конверсии оксигенатов в олефины (ОТО).
Уровень техники
Олефины могут быть получены из углеводородного исходного сырья, такого как нефть или оксигенаты, по различным способам, включающим способы каталитической конверсии или парового крекинга. Легкие олефины, такие как этилен и/или пропилен, являются в особенности желательными олефиновыми продуктами, поскольку они пригодны для получения пластиков и других химических соединений. Например, этилен может быть использован для получения различных полиэтиленовых пластиков и при получении других химических соединений, таких как винилхлорид, этиленоксид, этилбензол и спирт. Пропилен может быть использован для получения различных полипропиленовых пластиков и при получении других химических соединений, таких как акрилонитрил и пропиленоксид.
В особенности привлекательным для использования при получении олефинов является оксигенатное исходное сырье, поскольку оно доступно из широкого ассортимента материалов, включающих уголь, природный газ, вторично используемые пластики, различные потоки углеродистых отходов в промышленности и различные продукты и побочные продукты сельскохозяйственного производства.
Способы конверсии оксигенатов в олефины (ОТО) в общем случае базируются на конверсии оксигенатного исходного сырья в поток олефинсодержащих продуктов в каталитическом реакторе, который включает зону катализаторной реакции. Катализатором, содержащимся в зоне катализаторной реакции, могут быть молекулярноситовый катализатор или композиция моолекулярноситового катализатора. Композиции молекулярноситовых катализаторов могут включать молекулярные сита, материал связующего и/или матрицы.
Каталитические реакторы также могут включать зоны разделения, которые включают сепарационные устройства, такие как циклоны, для предотвращения уноса катализатора из каталитического реактора. Тем не менее, в потоке продуктов, который покидает каталитический реактор, в общем случае содержатся частицы катализатора, в частности, уменьшенные частицы, известные под наименованием катализаторной пыли.
Поток продуктов из каталитического реактора в общем случае перепускают в установку промывания или установку гашения реакции. В устройстве гашения реакции поток продуктов из каталитического реактора вводят в контакт с жидкостью гашения реакции. Получают поток паровых продуктов, который содержит легкие олефиновые продукты, и поток паровых продуктов перепускают через дополнительные технологические стадии для отделения желательных продуктов. В устройстве гашения реакции также получают и нижний поток. Нижний поток может содержать более тяжелые олефиновые продукты, воду и частицы катализатора.
Краткое раскрытие изобретения
Способы и системы, описывающиеся в настоящем документе, относятся к извлечению частиц катализатора из потока продуктов из каталитического реактора в способе ОТО. Говоря более конкретно, описывающиеся способы и системы относятся к извлечению частиц катализатора из нижнего потока установки гашения реакции.
В одном аспекте предлагается способ извлечения катализатора в способе конверсии оксигенатов в олефины, который включает: удаление нижнего потока башни гашения реакции, содержащего катализатор, из башни гашения реакции, отделение нижнего потока башни гашения реакции для получения по существу осветленной жидкости и потока, содержащего катализатор, перепускание потока, содержащего катализатор, в сушильную камеру и высушивание потока, содержащего катализатор, в сушильной камере для получения по существу высушенного катализатора. Способ перед перепусканием потока, содержащего катализатор, в сушильную камеру может включать хранение потока, содержащего катализатор, в резервуаре для хранения извлеченного катализатора. Способ также может включать извлечение водяного пара из сушильной камеры и выпуск водяного пара в регенератор катализатора над катализатором в регенераторе. По меньшей мере, в одном примере способ включает перепускание по существу высушенного катализатора в регенератор катализатора и регенерацию по существу высушенного катализатора.
В еще одном аспекте предлагается способ извлечения катализатора в способе конверсии оксигенатов в олефины, который включает: получение потока, содержащего катализатор, извлекаемого из нижнего потока башни гашения реакции, перепускание потока, содержащего катализатор, в сушильную камеру, имеющую температуру в диапазоне от 150°С (302°F) до 250°С (482°F), высушивание потока, содержащего катализатор, в сушильной камере для получения водяного пара и по существу высушенного катализатора, перепускание по существу высушенного катализатора в регенератор катализатора и выпуск водяного пара в регенератор катализатора над катализатором в регенераторе.
В третьем аспекте предлагается система для извлечения катализатора в способе конверсии оксигенатов в олефины, которая включает: башню гашения реакции, которая принимает поток продуктов из каталитического реактора и производит нижний поток башни гашения реакции, содержащий катализатор, по меньшей мере, один гидроциклон, который принимает нижний поток башни гашения реакции и производит по существу осветленную жидкость и поток, содержащий катализатор, сушильную камеру, которая принимает поток, содержащий катализатор, и производит по существу высушенный катализатор, и регенератор катализатора, который принимает по существу высушенный катализатор.
Краткое описание чертежа
Для целей иллюстрирования и описания были выбраны конкретные примеры, которые продемонстрированы на прилагаемом чертеже, составляющем часть описания изобретения.
Фигура представляет собой упрощенную схематическую диаграмму одного примера способа извлечения катализатора.
Подробное раскрытие изобретения
Схематическая диаграмма одного примера способа извлечения катализатора проиллюстрирована на фигуре. В проиллюстрированном примере оксигенатное исходное сырье 100 подают в каталитический реактор 102.
Оксигенатным исходным сырьем 100 может быть любое подходящее исходное сырье. Оксигенатное исходное сырье в общем случае включает одно или несколько органических соединений (соединение), содержащих, по меньшей мере, один атом кислорода. Оксигенатное исходное сырье может представлять собой, например, спирты, алифатические спирты, метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, метилэтиловый эфир, диметиловый эфир, диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир, формальдегид, диметилкарбонат, диметилкетон, уксусную кислоту и их смеси. Метанол представляет собой в особенности предпочтительное оксигенатное исходное сырье, и способы конверсии метанола в олефины в общем случае имеют обозначение способов МТО.
Оксигенатное исходное сырье 100 может представлять собой жидкость, пар или их комбинацию. Оксигенатное исходное сырье 100 может быть нагретым оксигенатным исходным сырьем, которое перед введением в каталитический реактор 102 подвергают воздействию стадии нагревания, например, косвенному теплообмену при использовании потока продуктов из реактора или других технологических потоков. Оксигенатное исходное сырье 100 также может содержать один или несколько разбавителей, включающих нижеследующие, но не ограничивающихся только этими: гелий, аргон, азот, монооксид углерода, диоксид углерода, вода, по существу нереакционно-способные парафины (в том числе, например, алканы, такие как метан, этан и пропан), по существу нереакционно-способные ароматические соединения и их смеси.
Каталитическим реактором 102 может быть любой каталитический реактор, подходящий для использования в способе ОТО, в том числе, например, реакторы с неподвижным слоем, реакторы с псевдоожиженным слоем, реакторы с комбинированной структурой потока и лифт-реакторы. Каталитический реактор 102 может включать одну зону или несколько зон, а предпочтительно включает зону реакции, содержащую катализатор, и зону разделения. Катализатор, содержащийся в каталитическом реакторе 102, может быть любьм катализатором, подходящим для использования в способе ОТО, а предпочтительно является молекулярными ситами. Молекулярноситовые катализаторы включают, например, AEI, AFT, APC, ATN, АТТ, ATV, AWW, BIK, CAS, СНА, CHI, DAC, DDR, EDI, ERI, GOO, KFI, LEV, LOV, LTA, MON, PAU, PHI, RHO, ROG, THO, AFO, AEL, EUO, HEU, FER, MEL, MFI, MTW, MTT, TON, EMT, FAU, ANA, BEA, CFI, CLO, DON, GIS. LTL, MER, MOR, MWW и SOD и их замещенные формы. Предпочтительные молекулярноситовые катализаторы включают цеолиты, алюмофосфатные (АФО) молекулярные сита и силикоалюмофосфатные (САФО) молекулярные сита, а также их замещенные формы.
2
2
2
2
2
2
-1
-1
-1
-1
-1
-1
В каталитическом реакторе 102 оксигенатное исходное сырье 100 подвергают воздействию условий реакции, подходящих для достижения желательного уровня каталитической конверсии и получения потока 104 олефинсодержащих продуктов из реактора. В некоторых примерах температура реакции может находиться в диапазоне от 200°С (392°F) до 700°С (129°F), предпочтительно от 250°С (482°F) до 600°С (1112°F), a более предпочтительно от 300°С (572°F) до 500°С (932°F). Давление реакции может быть любым подходящим давлением, включающим собственные давления реактора, и предпочтительно может находиться в диапазоне от 0,1 кПа (0,01 фунт/дюйм) до 5 МПа (725 фунт/дюйм), более предпочтительно от 5 кПа (0,725 фунт/дюйм) до 1 МПа (145 фунт/дюйм), а наиболее предпочтительно от 20 кПа (2,9 фунт/дюйм) до 500 кПа (72,5 фунт/дюйм). Термин «давление реакции» обозначает парциальное давление исходного сырья, поскольку он относится к оксигенатным соединениям и/или их смесям и не включает парциального давления разбавителя в случае использования такового. Объемная скорость (WHSV) для реакции конверсии оксигенатов, определяемая как масса совокупного оксигената, подаваемого в зону реакции в час на единицу массы молекулярных сит в катализаторе в зоне реакции, представляет собой еще один фактор, который может варьироваться в каталитическом реакторе 102. Совокупный оксигенат, подаваемый в зону реакции, включает все оксигенаты как в паровой, так и в жидкой фазе. Несмотря на возможное содержание в катализаторе и других материалов, которые исполняют функцию инертных компонентов, наполнителей или связующих, объемную скорость в общем случае рассчитывают при использовании только массы молекулярных сит в катализаторе в зоне реакции. Объемная скорость предпочтительно является достаточно высокой для удерживания катализатора в состоянии псевдоожижения в условиях проведения реакции и в конфигурации и конструкции реактора. Предпочтительно объемная скорость может находиться в диапазоне от 1 час до 5000 час, более предпочтительно от 2 час до 3000 час, а наиболее предпочтительно от 2 час до 1500 час. Степень превращения оксигенатов может быть любой подходящей степенью превращения, а предпочтительно выдерживается достаточно высокой во избежание возникновения потребности в коммерчески неприемлемых уровнях отправления исходного сырья на рецикл. Предпочтительно степени превращения оксигенатов могут находиться в диапазоне от 50% до 100%, более предпочтительно от 95% до 100%.
В ходе способа конверсии в каталитическом реакторе 102 на катализаторе накапливаются углеродистые отложения, называемые «коксом». Катализатор, который включает накопление таких углеродистых отложений, становится менее эффективным и называется отработанным. Периодически или непрерывно все количество или часть отработанного катализатора могут быть удалены из каталитического реактора 102 в потоке отработанного катализатора 108 и перепущены в регенератор катализатора 110. Поток отработанного катализатора может быть перепущен в регенератор катализатора 110 при использовании любого подходящего механизма, в том числе, например, газлифта. В одном примере поток отработанного катализатора 108 может быть объединен со средой газлифта 140, которой предпочтительно является воздух, а после этого может быть перепущен в регенератор катализатора 110.
В регенераторе 110 отработанный катализатор вводят в контакт с регенерирующей средой, предпочтительно газом, содержащим кислород, в условиях проведения регенерации, подходящих для удаления, или «выжигания», углеродистых отложений и получения регенерированного катализатора. Регенерированный катализатор может быть перепущен обратно в каталитический реактор 102 в потоке регенерированного катализатора 112. В некоторых примерах регенерированный катализатор перед введением в каталитический реактор 102 охлаждают.
3
3
2
2
2
5
2
2
2
2
2
2
2
2
Подходящие условия проведения регенерации могут включать температуру регенерации, давление регенерации и время пребывания. Регенерирующая среда может включать один или несколько газов, таких как, например, кислород, О, SO, NO, NO, NO, NO, воздух, разбавленный азотом или диоксидом углерода воздух, кислород и вода, монооксид углерода, водород или их смеси. Температура регенерации может находиться, например, в диапазоне от 200°С (392°F) до 1500°С (2732°F), предпочтительно от 300°С (572°F) до 1000°С (1832°F), более предпочтительно от 450°С (842°F) до 750°С (1382°F), а наиболее предпочтительно от 550°С (1022°F) до 700°С (1292°F). Давление регенерации может находиться в диапазоне от 15 фунт/дюйм (абс.) (103 кПа (абс.)) до 500 фунт/дюйм (абс.) (3448 кПа (абс.)), предпочтительно от 20 фунт/дюйм (абс.) (138 кПа (абс.)) до 250 фунт/дюйм (абс.) (1724 кПа (абс.)), более предпочтительно от 25 фунт/дюйм (абс.) (172 кПа (абс.)) до 150 фунт/дюйм (абс.) (1034 кПа (абс.)), а наиболее предпочтительно от 30 фунт/дюйм (абс.) (207 кПа (абс.)) до 80 фунт/дюйм (абс.) (551 кПа (абс.)). Предпочтительное время пребывания катализатора в регенераторе 110 находится в диапазоне от одной минуты до нескольких часов, наиболее предпочтительно от одной минуты до 100 минут. В некоторых примерах в регенератор 110 также могут быть добавлены промоторы регенерации или свежий (не отработанный) катализатор, либо непосредственно, либо опосредованно, например, совместно с отработанным катализатором. Промоторы регенерации могут включать нижеследующие, но не ограничиваются только этими: металлсодержащие соединения, такие как платина, палладий и тому подобное.
Обращаясь обратно к фигуре, можно сказать, что поток продуктов из реактора 104 покидает реактор и может быть перепущен в установку гашения реакции, такую как башня гашения реакции 106. Поток продуктов из реактора 104 перед перепусканием в башню гашения реакции 106 может быть подвергнут воздействию и других технологических стадий, таких как проведение охлаждения в результате прямого или косвенного теплообмена при использовании оксигенатного исходного сырья 100 или другого охлаждающего потока. Поток продуктов из реактора 104 может содержать несколько элементов, включающих нижеследующие, но не ограничивающихся только этими: непрореагировавшее оксигенатное исходное сырье, олефиновые продукты, вода и частицы катализатора. Большинство частиц катализатора в потоке продуктов из реактора представляет собой катализаторную пыль, характеризующуюся размером частиц, равным 40 микронам и менее, в частности, в случае наличия в каталитическом реакторе 102 зоны разделения для того, чтобы способствовать удерживанию катализатора в реакторе.
5
2
«Установка гашения реакции» или «башня гашения реакции» могут быть любым устройством, в котором поток продуктов из реактора 104 вводят в контакт, по меньшей мере, с одной жидкостью гашения реакции для получения потока олефинсодержащих паровых продуктов 116 и нижнего потока 114. Одна предпочтительная жидкость гашения реакции представляет собой воду. В башне гашения реакции 106 часть потока продуктов из реактора 104 конденсируется и становится частью нижнего потока 114. Нижний поток 114 в общем случае содержит некоторое количество олефинов, воду и частицы катализатора. Например, нижний поток 114 может содержать воду, непрореагировавшее оксигенатное исходное сырье и побочные продукты конверсии оксигенатов, такие как тяжелые углеводороды, которые в общем случае определяют как C или более тяжелые углеводороды. Часть потока продуктов из реактора 104, которая остается в газообразном или паровом состоянии в башне гашения реакции 106, становится потоком олефинсодержащих паровых продуктов 116, который покидает башню гашения реакции 106 и может быть подвергнут дополнительной переработке и может быть разделен на различные олефиновые продукты, такие как, например, этилен и пропилен. Например, поток олефинсодержащих паровых продуктов 116 может включать легкие олефины, диметиловый эфир, метан, монооксид углерода (СО), диоксид углерода (CO), этан и пропан, а также любой поток воды и непрореагировавшего оксигенатного исходного сырья, который не конденсируется в башне гашения реакции 106.
Башня гашения реакции 106, проиллюстрированная на фигуре, представляет собой одноступенчатую установку, имеющую один поток паровых продуктов и один нижний поток. В альтернативных примерах поток продуктов из реактора может быть перепущен в процесс гашения реакции, который включает несколько ступеней или несколько установок и в результате может привести к генерации нескольких нижних потоков. В таких примерах первый нижний поток в общем случае содержит основной объем частиц катализатора. Первый нижний поток, либо индивидуально, либо в комбинации с другими нижними потоками, удаленными из процесса гашения реакции, может быть подвергнут воздействию описывавшегося в настоящем документе способа удаления и извлечения частиц катализатора, содержащихся в нем.
Нижний поток 114 башни гашения реакции, содержащий катализатор, может быть удален из башни 106 гашения реакции. Нижний поток 114 башни гашения реакции может быть перепущен или закачан в сепарационную установку 118 для разделения и получения по существу осветленной жидкости 120 и потока 122, содержащего катализатор. Сепарационная установка может представлять собой, например, по меньшей мере, один отстойный резервуар или, по меньшей мере, один гидроциклон. Поток 122, содержащий катализатор, содержит частицы катализатора и воду и может содержать другие элементы. Поток 122, содержащий катализатор, предпочтительно содержит катализатор в количестве в диапазоне от 10% (масс.) до 50% (масс.), от 10% (масс.) до 25% (масс.) или от 15% (масс.) до 30% (масс.). Для уменьшения количества воды, которое необходимо удалять, предпочитается, чтобы массовая процентная доля катализатора в потоке 122, содержащем катализатор, была бы по возможности наибольшей, но по мере увеличения уровня содержания катализатора текучесть потока 122, содержащего катализатор, имеет тенденцию к уменьшению. В соответствии с этим, в некоторых примерах поток 122, содержащий катализатор, может содержать катализатор в количестве, равном 25% (масс.), доходящем вплоть до 25% (масс.) или большем, чем 25% (масс.).
В примере, проиллюстрированном на фигуре, поток, содержащий катализатор, перед перепусканием в сушильную камеру 130 можно хранить в резервуаре 124 для хранения извлеченного катализатора. В альтернативном варианте, поток 122, содержащий катализатор, может быть непосредственно или опосредованно перепущен из сепарационной установки 118 в сушильную камеру 130. Использование резервуара 124 для хранения извлеченного катализатора облегчает накапливание желательного объема содержащего катализатор потока, извлекаемого из сепарационной установки, и обеспечивает достижение гибкости в отношении синхронизации операции стадий извлечения катализатора по ходу технологического потока после сепарационной установки 118. Резервуар 124 для хранения извлеченного катализатора может включать циркуляционный контур 128, где поток, содержащий катализатор, из резервуара 124 для хранения извлеченного катализатора откачивают, а после этого выпускают обратно в резервуар 124 для хранения извлеченного катализатора. Циркуляционный контур 128 может оказаться подходящим для использования при уменьшении или предотвращении оседания потока, содержащего катализатор, в резервуаре 124 для хранения извлеченного катализатора.
Как проиллюстрировано на фигуре, поток 126, содержащий катализатор, перепускают, по меньшей мере, в одну сушильную камеру 130. Поток, содержащий катализатор, высушивают в сушильной камере 130 для получения по существу высушенного катализатора. Камера 130 для высушивания катализатора может относиться к любому типу камеры, подходящему для высушивания катализатора, и предпочтительно включает псевдоожиженный слой. Псевдоожижающей средой для сушильной камеры 130 может быть поток газа 134. Поток газа 134 может представлять собой воздух, предпочтительно сухой воздух, или любой другой подходящий газ, такой как, например, азот. Сушильная камера 130 может быть обогрета при использовании обогревающих змеевиков 132, которые содержат теплоноситель, такой как водяной пар или масло. В особенности предпочтительный тип обогревающего змеевика представляют собой паровые змеевики. В альтернативном варианте, поток газа 134 может быть потоком нагретого газа и может быть использован для обогревания сушильной камеры 130. Сушильную камеру предпочтительно нагревают до температуры, которая является достаточной для высушивания катализатора, но которая является меньшей, чем температура регенератора катализатора. Например, сушильная камера 130 предпочтительно имеет температуру в диапазоне от 150°С (302°F) до 250°С (482°F), более предпочтительно от 150°С (302°F) до 200°С (392°F).
Как можно себе представить, не связывая себя какой-либо конкретной теорией, непосредственный выпуск потока 122 или 126, содержащего влажный катализатор, в регенератор катализатора 110 может привести к гидротермической дезактивации катализатора и, таким образом, быть неблагоприятным с точки зрения активности катализатора для катализатора в регенераторе 110. Кроме того, как можно себе представить, термический удар для влажного катализатора, вызванный непосредственным выпуском влажного катализатора в регенератор 110, может привести к разрушению частиц и потере катализатора, что, таким образом, уменьшит возможности по эффективному извлечению частиц катализатора из башни гашения реакции 106.
Сушильная камера 130 предпочтительно удаляет воду из потока 126, содержащего катализатор, и производит по существу высушенный катализатор. По существу высушенный катализатор может характеризоваться уровнем содержания остаточных воды или влаги, но количество воды в по существу высушенном катализаторе предпочтительно является минимальным. Воду из катализатора предпочтительно удаляют в сушильной камере 130, например в результате выпаривания, и получают водяной пар, который из сушильной камеры 130 может быть удален или извлечен. Водяной пар из сушильной камеры 130 может быть извлечен в потоке водяного пара 138. Поток водяного пара 138 может быть удален из системы или использован в любой подходящей позиции в пределах системы. Как продемонстрировано на фигуре, поток водяного пара 138 выпускают в регенератор катализатора 110 в позиции над катализатором в регенераторе 110. Выпуск потока водяного пара 138 в регенератор 110 может облегчать извлечение любых частиц катализатора, которые содержатся в потоке водяного пара 138.
По существу высушенный катализатор, полученный в сушильной камере 130 может быть перепущен в регенератор катализатора 110. По существу высушенный катализатор предпочтительно регенерируют в регенераторе 110, совместно с отработанным катализатором, удаленным непосредственно из каталитического реактора 102, и возвращают в каталитический реактор в потоке регенерированного катализатора 112. Как проиллюстрировано на фигуре, поток по существу высушенного катализатора 136 из сушильной камеры 130 удаляют и могут объединять с потоком отработанного катализатора 108, который после этого перепускают в регенератор 110. Например, поток по существу высушенного катализатора 136 может быть перепущен в лифт-реактор (не показан), который использует среду газлифта 140 для подъема потока высушенного катализатора 136 и отработанного катализатора 108, отбираемого из каталитического реактора 102 в регенератор 110. В альтернативном варианте, поток по существу высушенного катализатора 136 может быть непосредственно перепущен из сушильной камеры 130 в регенератор 110. В еще одном альтернативном варианте, по существу высушенный катализатор может быть перепущен из сушильной камеры 130, непосредственно или опосредованно, в каталитический реактор 102 без прохождения сначала через регенератор катализатора 110. В таких случаях для предотвращения попадания в реактор 102 кислорода потоком газа 14 может быть поток азота, или поток высушенного катализатора 136 может быть перепущен в десорбер, использующий поток азота.
Поток по существу высушенного катализатора 136 может быть удален из сушильной камеры 130 по любому подходящему способу. В одном примере интенсивность или расход потока газа 134 могут быть периодически увеличены для подъема или выталкивания по существу высушенного катализатора из сушильной камеры 130.
Как можно понять из вышеизложенного, несмотря на описание в настоящем документе конкретных примеров для целей иллюстрирования, без отклонения от объема или сущности данного описания изобретения могут быть реализованы и различные его модификации. Поэтому предполагается, что вышеизложенное подробное описание изобретения должно рассматриваться в качестве иллюстрации, а не ограничения, и что, как необходимо понимать, для конкретного указания и четкого притязания на заявляемый предмет изобретения предполагается именно следующая далее формула изобретения, включая все ее эквиваленты.