РЕАКЦИОННО-РЕГЕНЕРАЦИОННЫЙ БЛОК РИФОРМИНГА

Полезная модель относится к области нефтепереработки и нефтехимии, а именно к устройствам для переработки углеводородного сырья в ходе непрерывного риформинга на катализаторе в подвижном или псевдоожиженном слое.
Каталитический риформинг является одним из важнейших процессов переработки бензиновых фракций с целью повышения детонационных свойств бензинов и получения ароматических углеводородов. При этом одной из основных проблем, с которой сталкиваются при его осуществлении, является проблема регенерации катализатора, который дезактивируется из-за накопления коксовых отложений в результате чего катализатор становится непригодным для использования в процессе. Такой дезактивированный катализатор должен быть регенерирован и доведен до первоначального кондиционного качества, прежде чем его можно повторно применять в процессе риформинга.
Непрерывный риформинг, который, как правило, проводится с использованием катализатора в подвижном слое, допускает более жесткие рабочие условия путем поддержания высокой каталитической активности почти свежего катализатора через посредство регенерационных циклов в течение нескольких дней. При этом система с подвижным слоем имеет преимущество, состоящее в отсутствии необходимости остановки производства во время удаления или замены катализатора. Частицы катализатора непрерывно удаляются из реакционной зоны в зону регенерации для удаления кокса посредством высокотемпературного выжига, как правило, при контакте с кислородосодержащим газом.
В современных установках процесс регенерации катализатора осуществляют, как правило, в регенерационной зоне за пределами реактора. Частицы катализатора технологии «в подвижном слое» проходят самотеком через один или несколько реакторов и поступают в зону непрерывной регенерации. Непрерывную регенерацию катализатора осуществляют обычно путем пропускания частиц катализатора самотеком вниз в подвижном слое через различные зоны обработки в регенерационной колонне. Кислород для сгорания кокса поступает в секцию горения зоны регенерации с регенерирующим газом, содержащим обычно от 0,5 до 1,5% кислорода по объему. Газы регенерации, состоящие из монооксида углерода, диоксида углерода, воды, непрореагировавшего кислорода, хлора, хлористого водорода, оксидов азота, оксидов серы и азота, выводятся из секции горения, при этом часть газов удаляют из зоны регенерации в виде отходящего газа. Остаток соединяют с небольшим количеством кислородсодержащего свежего газа, обычно воздуха, в количестве примерно 3% от общего содержания газа, для того, чтобы восполнить израсходованный кислород и возвращают в секцию горения в виде регенерирующего газа [RU 2180346, 2002; US 3652231].
Подъем частиц катализатора из одной технологической зоны в другую осуществляют, как правило, с помощью некоторых видов пневматической транспортировки, при которой имеющий достаточную скорость газовый поток, поднимающий частицы катализатора, транспортирует их вверх для перемещения и разъединения в комплекте емкостей. Такие системы используют множество коленчатых труб и клапанных устройств для направления и регулирования перемещения частиц катализатора. По мере транспортировки катализатора возникают повреждения его частиц с образованием мелкодисперсного материала. Возникшие при такой транспортировке мелкодисперсные частицы не только препятствуют нормальному функционированию катализатора, но могут также приводить к падению давления в газовой среде, проходящей через трубчатые элементы. Существенное падение давления, связанное с транспортировкой дискретного материала, повышают эксплуатационные затраты процесса и могут препятствовать поддержанию необходимых технологических режимов [RU 2174145, 2001].
В этой связи в ходе регенерации катализатора необходимо сочетать максимальное удаление кокса с поверхности гранул при минимизации истирания гранул, так как при их разрушении существенно падает эффективность процесса.
Наиболее близким к заявляемому решению является установка для регенерации катализатора, состоящая из реактора, регенерационной колонны, бункера закоксованного катализатора, трубопроводов соединяющих регенерационную колонну с бункером закоксованного катализатора и через секцию галоидизирования и сушки с реактором [US 3854887, 1974]. В ходе регенерации, катализатор поступает в колонну сверху, а регенерирующий газ подается снизу. Недостатком установки является недостаточная эффективность регенерации, связанная с малым временем контакта.
Задачей, решаемой авторами, являлось создание установки, обеспечивающей сохранение гранул катализатора в ходе его работы и при его регенерации.
Задача решалась за счет создания оборудования, обеспечивающего возможность сочетания последовательного движения активного катализатора сверху вниз и многократной обработке его поверхности для устранения с нее кокса при обратном движении - снизу вверх.
Технический результат достигался созданием реакционно-регенерационного блока, содержащего реакторный узел, регенерационную колонну с блоком подготовки катализатора, систему подготовки газов и трубопроводы. Реакторный узел включает в себя реактор и расположенные на выходе из реактора и последовательно соединенные бункер продувки и бункер закоксованного катализатора, причем реактор, бункер продувки и бункер закоксованного катализатора размещены друг под другом по вертикали. Реакторный узел, как правило, состоит из двух параллельно включенных структур, содержащих реактор, продувочный бункер и бункер закоксованного катализатора. Бункер подготовки закоксованного катализатора, связан с системой фильтрования газовой смеси, верхней частью регенерационной колонны и бункером закоксованного катализатора, причем бункер закоксованного катализатора и бункер подготовки закоксованного катализатора связанны между собой трубопроводом, в нижнюю часть которого поступает азотно-воздушная смесь с содержанием кислорода 0,5-2,0% об.
Особенностями заявляемого решения является размещение основных элементов блока по вертикали, в результате чего активированный в регенерационной колонне катализатор проходит путь от регенерационной колонны до выхода из реакторного узла под действием силы тяжести, что снижает истираемость гранул катализатора и снижает время его контакта в рабочей зоне, уменьшая закоксованность его поверхности. В этих условиях предварительная обработка катализатора газовым потоком в бункере продувки, убирающим из него сорбированные углеводороды, а затем выжигание поверхностного кокса в ходе его транспортировки наверх регенерационной колонны азотно-воздушной смесью с малым количеством кислорода, обеспечивает возможность использовать для его выжигания достаточно мягкие условия, сохраняя его кристаллическую структуру.
Общий вид реакторно-регенерационного блока приведен на фиг. 1, где используются следующие обозначения.
1. Реакционная колонна.
2. Реакционная колонна.
3. Узел восстановления.
4. Продувочный бункер.
5. Продувочный бункер.
6. Затворный бункер.
7. Затворный бункер.
8. Бункер закоксованного катализатора.
9. Трубопровод для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора.
10. Бункер подготовки закоксованного катализатора.
11. Регенерационная колонна: 11а - первая зона выжига, 11б - вторая зона выжига, 11в - зона оксихлорирования, 11г - зона прокалки.
12. Затворный бункер.
13. Система удаления катализаторной мелочи.
14. Узел газов циркуляции.
15. Узел газов регенерации.
16. Узел газов оксихлорирования и прокалки.
17. Система осушки воздуха.
18. Теплообменник отходящих газов.
19. Нагреватель азота.
20. Теплообменник отходящих газов.
21. Узел нейтрализации отходящих газов.
Устройство работает следующим образом
Из регенерационной колонны 11 под действием силы тяжести, катализатор двумя равными потоками поступает в реакционные колонны 1 и 2.
Из реакционной колонны 1, через продувочный бункер 4 и затворный бункер 6 катализатор поступает в бункер закоксованного катализатора 8.
В продувочном бункере 4 катализатор движется противотоком потоку восходящего водородсодержащего газа (ВСГ). При этом из пор катализатора происходит отдув углеводородов, уносимых с катализатором из зоны реакции. Конструкция продувочного бункера 4 обеспечивает полное удаление углеводородов из потока закоксованного катализатора. ВСГ из продувочного бункера 4, через трубопроводы катализатора, поступает в реакционную колонну 1.
В затворном бункере 6 катализатор движется противотоком потоку восходящего инертного газа. При этом происходит отдув ВСГ, уносимого с катализатором из продувочного бункера 4. Инертный газ из затворного бункера 6, через трубопровод катализатора, поступает в продувочный бункер 4.
Из реакционной колонны 2, через продувочный бункер 5 и затворный бункер 7 катализатор поступает в бункер закоксованного катализатора 8.
В продувочном бункере 5 катализатор движется противотоком потоку восходящего ВСГ. При этом из пор катализатора происходит отдув углеводородов, уносимых с катализатором из зоны реакции. Конструкция продувочного бункера 5 обеспечивает полное удаление углеводородов из потока закоксованного катализатора. ВСГ из продувочного бункера 5, через трубопроводы катализатора, поступает в реакционную колонну 2.
В затворном бункере 7 катализатор движется противотоком потоку восходящего инертного газа. При этом происходит отдув ВСГ, уносимого с катализатором из продувочного бункера 5. Инертный газ из затворного бункера 7, через трубопровод катализатора, поступает в продувочный бункер 5.
Из бункера закоксованного катализатора 8, уносимый с потоком транспортного газа катализатор, поступает через трубопровод для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9 в бункер подготовки закоксованного катализатора 10.
Газ, подаваемый в бункер закоксованного катализатора 8 для транспортировки катализатора, представляет собой инертный газ либо смесь инертного газа и кислорода (с содержанием кислорода 0,5-2,0% об.).
В начало вертикального участка трубопровода для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9 подводится поток газов циркуляции. Количество и состав газов циркуляции обеспечивают оптимальный режим пневмотранспорта (скорость газовой фазы в транспортном трубопроводе составляет 180÷200% скорости витания транспортируемого катализатора) в трубопроводе для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9, а также обеспечивают требуемую концентрацию кислорода в газовой фазе в начале вертикального участка трубопровода для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9.
Наличие кислорода в транспортном газе в трубопроводе для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9 обеспечивает полный или частичный выжиг кокса с поверхности катализатора в зависимости от предусмотренного режима работы реакторно-регенерационного блока. Движение катализатора в разреженном потоке (с объемной концентрацией твердой фазы не более 0,5% об.) в трубопроводе для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9, обеспечивает бережный и эффективный режим выжига кокса за счет отсутствия внешнего диффузионного торможения процесса выжига кокса, равномерного профиля температуры и концентрации кислорода в каждом горизонтальном сечении трубопровода для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9, а также отсутствии локального перегрева частиц катализатора.
В бункере подготовки закоксованного катализатора 10 катализатор отделяется от потока газов циркуляции и под действием силы тяжести поступает в первую зону выжига 11а регенерационной колонны 11.
Газы циркуляции из бункера подготовки закоксованного катализатора 10 через систему удаления катализаторной мелочи 13, поступают в узел газов циркуляции 14.
В системе удаления катализаторной мелочи 13 от потока газов циркуляции отделяются механические примеси - катализаторная мелочь, образующаяся в процессе механического износа частиц катализатора.
Из узла газов циркуляции 14 часть потока газов циркуляции отделяется и направляется через теплообменники отходящих газов 18 и 20 на нейтрализацию в узел нейтрализации отходящих газов 21. Остальной поток газов циркуляции разделяется и поступает в начало трубопровода для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9, и в качестве транспортного газа в бункер закоксованного катализатора 8.
В узел газов циркуляции вводится подпитка подготовленного воздуха в количестве, обеспечивающем требуемое содержание кислорода в газе циркуляции в начале вертикального участка трубопровода для транспортировки и регенерации закоксованного катализатора 9.
Катализатор, поступающий в первую зону выжига 11а регенерационной колонны 11, контактирует с потоком газа регенерации. При этом происходит полный или частичный выжиг кокса с поверхности катализатора.
Из первой зоны выжига 11а, под действием силы тяжести, поступает во вторую зону выжига 11б регенерационной колонны 11, где контактирует с потоком газа регенерации. При этом происходит полный выжиг остаточного кокса с поверхности катализатора.
Газы регенерации, после контакта с катализатором в первой зоне выжига 11а отводятся из регенерационной колонны 11, смешиваются с подпиточным потоком подготовленного воздуха, после чего возвращаются во вторую зону выжига 11б регенерационной колонны 11.
Газы регенерации, после контакта с катализатором во второй зоне выжига 11б отводятся из регенерационной колонны 11 в узел газов регенерации 15.
Из узла газов регенерации 15 часть потока газов регенерации отделяется и направляется через теплообменники отходящих газов 18 и 20 на нейтрализацию в узел нейтрализации отходящих газов 21. Остальной поток газов регенерации направляется в первую зону выжига 11а регенерационной колонны 11.
Регенерированный катализатор из второй зоны выжига 11б регенерационной колонны 11, под действием силы тяжести, проходит зоны оксихлорирования 11в и прокалки 11г, после чего покидает регенерационную колонну 11.
Воздух проходит последовательно систему осушки воздуха 17 и теплообменник отходящих газов 18, после чего разделяется на два потока: часть воздуха поступает в узел газов оксихлорирования и прокалки 16, другая часть - в узел газов циркуляции 14.
Поток воздуха, поступающий в зону прокалки 11г регенерационной колонны 11, проходит противотоком через нисходящий поток катализатора и поступает в зону оксихлорирования 11в регенерационной колонны 11, откуда совместно с газом оксихлорирования отводится из регенерационной колонны 11 и направляется в узел газов оксихлорирования и прокалки 16.
Часть воздуха из узла газов оксихлорирования и прокалки 16 направляется на подпитку газов регенерации, поступающих во вторую зону выжига 11б в регенерационную колонну 11.
Катализатор, под действием силы тяжести, из зоны прокалки 11 г регенерационной колонны 11 поступает в затворный бункер 12.
Для исключения возможности перетока кислородсодержащего газа из зоны прокалки 11 г регенерационной колонны 11 в узел восстановления 3 и отдува кислородсодержащего газа из потока катализатора в затворный бункер 12 поступает инертный газ.
Катализатор из затворного бункера 12 под действием силы тяжести поступает в узел восстановления 3, где восстанавливается в токе горячего ВСГ.
Из узла восстановления 3 ВСГ двумя потоками поступает в продувочные бункеры 4 и 5.
В результате предложенной оптимизации схемы блока регенерации при условиях его работы: температуре - 470-540°С и давлении 0,4-0,5 МПа удалось на 19,5% снизить истираемость катализатора и на 10-20% снизить время выжига кокса. При этом эффективность процесса не ухудшается.