СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЁГКИХ ОЛЕФИНОВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ СЫРЬЕВЫХ ПОТОКОВ
METHOD FOR PRODUCING LIGHT OLEFINS FROM VARIOUS RAW MATERIAL FLOWS

В настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/470567, поданной 13 марта 2017 г., озаглавленной “Methods For Making Light Olefins From Different Feed Streams”, содержание которой включено в данный документ в полном объёме посредством ссылки.
Уровень техники
Область техники
Данное изобретение, в целом, относится к химической переработке, и более конкретно, к конструкциям реакторов и системам, используемым в реакциях образования лёгких олефинов.
Предпосылки создания изобретения
Лёгкие олефины могут быть использованы в качестве основных материалов для производства многих видов товаров и материалов. Например, этилен может быть использован для производства полиэтилена, этиленхлорида или этиленоксидов. Такая продукция может быть использована для упаковки продуктов, в строительстве, текстильной промышленности и т.д. Следовательно, существует промышленный спрос на лёгкие олефины, например, этилен, пропилен и бутен. Однако большинство лёгких олефинов должно быть произведено посредством различных реакционных процессов, основанных на заданном потоке химического сырья, который может быть продуктовым потоком от операции переработки сырой нефти.
Краткая сущность изобретения
Существует постоянная потребность в процессах и аппаратах, подходящих для производства лёгких олефинов из различных сырьевых потоков. Лёгкие олефины могут быть получены из разнообразных сырьевых потоков посредством применения различных катализаторов. Например, лёгкие олефины могут быть получены по меньшей мере посредством реакций дегидрирогенизации, крекинга, дегидратации и превращения метанола в олефины. Однако в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, в этих типах реакций могут использоваться различные сырьевые потоки, которые впоследствии вступают в реакцию с образованием лёгких олефинов. Неограничивающие примеры включают в себя: использование реакции дегидрогенизации, в которой может применяться галлиевый и/или платиновый катализатор для взаимодействия с сырьевым потоком, содержащим один или большее количество из указанных: этан, пропан, н-бутан и изобутан; использование реакции крекинга, в которой может применяться цеолитный катализатор для взаимодействия с сырьевым потоком, содержащим один или большее количество из указанных: нафту, н-бутан или изобутан; использование реакции дегидратации, в которой может применяться кислотный катализатор (например, оксид алюминия или цеолит) для взаимодействия с сырьевым потоком, содержащим один или большее количество из указанных: этанол, пропанол или бутанол; и использование реакции превращения метанола в олефины, в которой может применяться цеолитный катализатор (например, SAPO-34) для взаимодействия с сырьевым потоком, содержащим метанол.
Хотя многочисленные типы реакций, описанные выше, могут быть использованы для получения лёгких олефинов (например, реакции дегидрогенизации, крекинга, дегидратации и превращения метанола в олефины), существует потребность в гибкой реакторной системе, которая могла бы эффективно обрабатывать две или большее количество реакций этих типов. Например, гибкая реакторная система, которая может обрабатывать две или большее количество реакций дегидрогенизации, крекинга, дегидратации и превращения метанола в олефины, позволяет системе использовать различное сырьё по мере того, как оно становится доступным, или изменять цену без дополнительных капитальных затрат, связанных с наличием различных реакторных систем для обработки каждого потока реагентов, вводимого в реакционную систему.
В данном документе описаны, в соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, способы переработки различных сырьевых потоков химических реагентов в единственном реакторе с образованием лёгких олефинов. Описанные в данном документе конструкции реакторов могут быть пригодны для переработки по меньшей мере двух разных сырьевых потоков в разное время с использованием разных типов реакций для каждого сырьевого потока, с образованием лёгких олефинов. Такие способы и системы могут снизить затраты на производство лёгких олефинов посредством того, что позволяют выбирать сырьевой поток и тип реакции, который является наиболее экономичным, при этом не требуя дополнительных капитальных затрат на разработку и конструирование совершенно отдельной системы химических реакторов.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, потоки химических реагентов могут быть подвергнуты обработке способом, который может включать в себя: управление первым химическим процессом, остановку первого химического процесса и удаление первого катализатора из реактора, и управление вторым химическим процессом. Управление первым химическим процессом может включать в себя приведение в контакт первого сырьевого потока с первым катализатором в реакторе. Приведение в контакт первого сырьевого потока с первым катализатором может привести к первой реакции, в которой образуется первый поток продукта. Управление вторым химическим процессом может включать в себя приведение в контакт второго сырьевого потока со вторым катализатором в реакторе. Приведение в контакт второго сырьевого потока со вторым катализатором может привести ко второй реакции, в которой образуется поток второго продукта. Реактор может включать в себя входную секцию реактора и выходную секцию реактора. Входная секция реактора может иметь среднюю площадь поперечного сечения, которая составляет по меньшей мере 150% от средней площади поперечного сечения выходной секции реактора. Первой реакцией может быть реакция дегидрогенизации, реакция крекинга, реакция дегидратации или реакция превращения метанола в олефины. Второй реакцией может быть реакция дегидрогенизации, реакция крекинга, реакция дегидратации или реакция превращения метанола в олефины. Первая реакция и вторая реакция могут быть реакциями разного типа.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, потоки химических реагентов могут быть подвергнуты обработке способом, который может включать в себя: управление первым химическим процессом, остановку первого химического процесса и удаление первого катализатора из реактора, и управление вторым химическим процессом. Управление первым химическим процессом может включать в себя приведение в контакт первого сырьевого потока с первым катализатором в реакторе. Приведение в контакт первого сырьевого потока с первым катализатором может привести к первой реакции, в которой образуется первый поток продукта. Управление вторым химическим процессом может включать в себя приведение в контакт второго сырьевого потока со вторым катализатором в реакторе. Приведение в контакт второго сырьевого потока со вторым катализатором может привести ко второй реакции, в которой образуется поток второго продукта. Реактор может заключать в себе входную секцию реактора и выходную секцию реактора. Входная секция реактора может иметь среднюю площадь поперечного сечения, которая составляет по меньшей мере 150% от средней площади поперечного сечения выходной секции реактора. Первой реакцией может быть реакция крекинга, а второй реакцией может быть реакция дегидрогенизации.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, потоки химических реагентов могут быть подвергнуты обработке способом, который может включать в себя: управление первым химическим процессом, остановку первого химического процесса и удаление первого катализатора из реактора, и управление вторым химическим процессом. Управление первым химическим процессом может включать в себя приведение в контакт первого сырьевого потока с первым катализатором в реакторе. Приведение в контакт первого сырьевого потока с первым катализатором может привести к первой реакции, в которой образуется первый поток продукта. Управление вторым химическим процессом может включать в себя приведение в контакт второго сырьевого потока со вторым катализатором в реакторе. Приведение в контакт второго сырьевого потока со вторым катализатором может привести ко второй реакции, в которой образуется поток второго продукта. Реактор может заключать в себе входную секцию реактора и выходную секцию реактора. Входная секция реактора может иметь среднюю площадь поперечного сечения, которая составляет по меньшей мере 150% от средней площади поперечного сечения выходной секции реактора. Первой реакцией может быть реакция дегидрогенизации, а второй реакцией может быть реакция крекинга.
Следует понимать, что как предшествующее краткое описание сущности изобретения, так и последующее подробное описание представляют варианты осуществления технологии, и предназначены для предоставления общего представления или общей схемы для понимания особенностей и характера заявляемой технологии. Сопроводительные чертежи включены в данное описание и составляют его часть для обеспечения лучшего понимания технологии. Чертежи иллюстрируют различные варианты осуществления изобретения и вместе с описанием они служат для объяснения принципов и функций технологии. Кроме того, чертежи и описания предназначены только для иллюстрации, и никоим образом не предназначены для ограничения объема формулы изобретения.
Дополнительные особенности и преимущества технологии, раскрытой в данном документе, будут изложены в следующем ниже подробном описании и частично будут понятны специалистам в данной области техники из этого описания или признаны посредством применения на практике описанной в данном документе технологии, включая следующее ниже подробное описание, формулу изобретения, а также прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Следующее ниже подробное описание конкретных вариантов осуществления данного изобретения будет лучше всего понято при прочтении вместе со следующими чертежами, на которых одинаковые структуры обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1 схематически проиллюстрирована реакторная система, в соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе; а также
на фиг. 2 схематически проиллюстрирована принципиальная схема системы химической конверсии, в соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе; и
на фиг. 3 схематически проиллюстрирована принципиальная схема реакторной системы, в соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе.
Следует понимать, что чертежи являются схематичными по своей сущности и не включают в себя некоторые компоненты реакторной системы, обычно применяемой в данной области техники, например, не ограничиваясь только ими: преобразователи температуры, преобразователи давления, расходомеры, насосы, клапаны и т.п. Следует понимать, что эти компоненты находятся в пределах сущности и объема раскрытых представленных вариантов осуществления изобретения. Однако к вариантам осуществления изобретения, раскрытым в этом описании, могут быть добавлены функциональные компоненты, например, описанные в данном изобретении.
На различные варианты осуществления изобретения, некоторые из которых проиллюстрированы на сопроводительных чертежах, сделана более подробная ссылка. Во всех возможных случаях, для обозначения одинаковых или аналогичных составляющих на всех чертежах будут использоваться одинаковые ссылочные позиции.
Подробное описание
В данном документе раскрыты варианты осуществления изобретения, относящиеся к способам переработки потоков химических реагентов для образования лёгких олефинов. В различных вариантах осуществления изобретения два разных сырьевых потока химических реагентов могут быть переработаны последовательно в одной гибкой реакторной системе, в которой каждый сырьевой поток имеет отличную от другого потока композицию. Поскольку каждый сырьевой поток имеет отличную от другого потока композицию, для образования лёгких олефинов из соответствующих сырьевых потоков могут потребоваться разные типы реакций, и в каждом типе реакции могут применяться разные катализаторы. Как описано в данном документе, «тип» реакции относится к классу реакции, который придает конкретное изменение некоторым или всем компонентам сырьевого потока. Например, один из типов реакции, описанных в данном документе, представляет собой реакцию дегидрогенизации. Другие примеры типов реакций включают в себя реакции крекинга, дегидратации и превращения метанола в олефины. Кроме того, как описано в данном документе, «первый сырьевой поток» относится к исходному сырьевому потоку, который подвергается обработке в реакторе, а «второй сырьевой поток» относится к последующему сырьевому потоку (т.е. потоку, который подвергается обработке в хронологическом порядке после первого сырьевого потока), который подвергается обработке в том же реакторе. Например, первый сырьевой поток может быть подвергнут обработке в реакторе, а затем позже второй сырьевой поток может быть подвергнут обработке в реакторе после удаления первого сырьевого потока.
Первый сырьевой поток может быть превращен в лёгкие олефины посредством вступления в контакт с первым катализатором, а второй сырьевой поток может быть превращен в лёгкие олефины посредством второго катализатора. Кроме того, в вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток может быть подвергнут обработке первым катализатором с образованием первого потока продукта, что называется первой реакцией, а второй сырьевой поток может быть подвергнут обработке вторым катализатором с образованием второго потока продукта, что называется второй реакцией. Первая реакция первого сырьевого потока с образованием первого потока продукта может называться «первым химическим процессом», а вторая реакция второго сырьевого потока с образованием второго потока продукта может называться «вторым химическим процессом».
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения способ переработки потоков химических реагентов может включать в себя стадию управления первым химическим процессом, включающим в себя первую реакцию, остановку первого химического процесса и удаление первого катализатора из реактора, и стадию управления вторым химическим процессом, включающим в себя вторую реакцию. Эти стадии могут происходить в хронологическом порядке, как перечислены. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения первой реакцией может быть реакция дегидрогенизации, реакция крекинга, реакция дегидратации или реакция превращения метанола в олефины, а второй реакцией может быть реакция дегидрогенизации, реакция крекинга, реакция дегидратации или реакция превращения метанола в олефины. Однако в вариантах осуществления изобретения первая реакция и вторая реакция являются реакциями разного типа. Кроме того, в одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения, первый катализатор и второй катализатор могут иметь различные составы.
Например, если первая реакция представляет собой реакцию дегидрогенизации, то катализатором второй реакции может быть катализатор для реакции крекинга, реакции дегидратации или реакции превращения метанола в олефины, но не для реакции дегидрогенизации. В другом варианте осуществления изобретения, если первая реакция представляет собой реакцию крекинга, то катализатором второй реакции может быть катализатор для реакции дегидрогенизации, реакции дегидратации или реакции превращения метанола в олефины, но не для реакции крекинга. В другом варианте осуществления изобретения, если первая реакция представляет собой реакцию дегидратации, то катализатором второй реакции может быть катализатор для реакции дегидрогенизации, реакции крекинга или реакции превращения метанола в олефины, но не для реакции дегидратации. В другом варианте осуществления изобретения, если первая реакция представляет собой реакцию превращения метанола в олефины, то катализатором второй реакции может быть катализатор для реакции дегидрогенизации, реакции крекинга или реакции дегидратации, но не для реакции превращения метанола в олефины.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, первой реакцией или второй реакцией может быть реакция дегидрогенизации. В соответствии с такими вариантами осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: этан, пропан, н-бутан и изобутан. Например, если первая реакция представляет собой реакцию дегидрогенизации, то первый сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: этан, пропан, н-бутан и изобутан, причём если вторая реакция представляет собой реакцию дегидрогенизации, то второй сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: этан, пропан, н-бутан и изобутан. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90 мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. этана. В дополнительных вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. пропана. В дополнительных вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. н-бутана. В дополнительных вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. изобутана. В дополнительных вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. от суммарного количества этана, пропана, н-бутана и изобутана.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения в реакции дегидрогенизации в качестве катализатора может применяться галлиевый и/или платиновый катализатор. В таких вариантах осуществления изобретения первый катализатор или второй катализатор может включать в себя галлиевый и/или платиновый катализатор. Например, если первая реакция представляет собой реакцию дегидрогенизации, то первый катализатор может включать в себя галлиевый и/или платиновый катализатор, а если вторая реакция представляет собой реакцию дегидрогенизации, то второй катализатор может включать в себя галлиевый и/или платиновый катализатор. Как описано в данном документе, галлиевый и/или платиновый катализатор содержит галлий, платину или то и другое. Галлиевый и/или платиновый катализатор может быть нанесен на носитель из оксида алюминия или алюмосиликатный носитель и необязательно может содержать калий. Такие галлиевые и/или платиновые катализаторы раскрыты в патенте США № 8669406, который включен в данный документ в полном объёме посредством ссылки. Однако следует понимать, что для проведения реакции дегидрогенизации могут быть использованы другие подходящие катализаторы.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, первой реакцией или второй реакцией может быть реакция крекинга. В соответствии с такими вариантами осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: нафту, н-бутан или изобутан. Например, если первая реакция представляет собой реакцию крекинга, то первый сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: нафту, н-бутан или изобутан, а если вторая реакция представляет собой реакцию крекинга, то второй сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: нафту, н-бутан или изобутан. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90 мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. нафты. В дополнительных вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. н-бутана. В дополнительных вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. изобутана. В дополнительных вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. от суммарного количества нафты, н-бутана и изобутана.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения в реакции крекинга в качестве катализатора может применяться один или большее количество цеолитов. В таких вариантах осуществления изобретения первый катализатор или второй катализатор может включать в себя один или большее количество цеолитов. Например, если первая реакция представляет собой реакцию крекинга, то первый катализатор может включать в себя один или большее количество цеолитов, а если вторая реакция представляет собой реакцию крекинга, то второй катализатор может включать в себя один или большее количество цеолитов. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или большее количество цеолитов, используемых в реакции крекинга, могут включать в себя цеолит ZSM-5. Однако следует понимать, что для проведения реакции крекинга могут быть использованы другие подходящие катализаторы. Например, подходящие катализаторы, которые являются коммерчески доступными, могут включать в себя: Intercat Super Z Excel или Intercat Super Z Exceed. В дополнительных вариантах осуществления изобретения катализатор крекинга может содержать, в дополнение к каталитически активному материалу, платину. Например, катализатор крекинга может содержать от 0,001% мас. до 0,05% мас. платины. Платина может быть распылена в виде нитрата платины и прокалена при повышенной температуре, например, около 700°C. Не привязываясь к какой-либо теории, полагают, что добавление платины к катализатору может обеспечить более лёгкое сгорание дополнительных горючих веществ, например, метана.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, первой реакцией или второй реакцией может быть реакция дегидратации. В соответствии с такими вариантами осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: этанол, пропанол или бутанол. Например, если первая реакция представляет собой реакцию дегидратации, то первый сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: этанол, пропанол или бутанол, а если вторая реакция представляет собой реакцию дегидратации, то второй сырьевой поток может содержать один или большее количество из указанных: этанол, пропанол или бутанол. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90 мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. этанола. В дополнительных вариантах осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. пропанола. В дополнительных вариантах осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. бутанола. В дополнительных вариантах осуществления изобретения первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90% мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. от суммарного количества этанола, пропанола и бутанола.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения в реакции дегидратации может использоваться один или большее количество кислотных катализаторов. В таких вариантах осуществления изобретения первый катализатор или второй катализатор может включать в себя один или большее количество кислотных катализаторов. Например, если первая реакция представляет собой реакцию дегидратации, то первый катализатор может включать в себя один или большее количество кислотных катализаторов, а если вторая реакция представляет собой реакцию дегидратации, то второй катализатор может включать в себя один или большее количество кислотных катализаторов. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или большее количество кислотных катализаторов, используемых в реакции дегидратации, могут включать в себя цеолит (например, цеолит ZSM-5), оксид алюминия, аморфный алюмосиликат, кислую глину или комбинации вышеуказанных. Например, коммерчески доступные катализаторы из оксида алюминия, которые могут быть подходящими, в соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, включают в себя: SynDol (имеющийся у компании Scientific Design Company), V200 (имеющийся у компании UOP), или P200 (имеющийся у компании Sasol). Коммерчески доступные цеолитные катализаторы, которые могут быть подходящими, включают в себя: CBV 8014, CBV 28014 (каждый имеется у компании Zeolyst). Коммерчески доступные аморфные алюмосиликатные катализаторы, которые могут быть подходящими, включают в себя: носитель катализатора из оксида кремния и оксида алюминия, класс 135 (имеющийся у компании Sigma Aldrich). Однако следует понимать, что для проведения реакции дегидратации могут быть использованы другие подходящие катализаторы.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения первой реакцией или второй реакцией может быть реакция превращения метанола в олефины. В соответствии с такими вариантами осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать метанол. Например, если первая реакция представляет собой реакцию превращения метанола в олефины, то первый сырьевой поток может содержать метанол, а если вторая реакция представляет собой реакцию превращения метанола в олефины, то второй сырьевой поток может содержать метанол. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, первый сырьевой поток или второй сырьевой поток может содержать по меньшей мере 50% мас., по меньшей мере 60% мас., по меньшей мере 70% мас., по меньшей мере 80% мас., по меньшей мере 90 мас., по меньшей мере 95% мас. или даже по меньшей мере 99% мас. метанола.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения в реакции превращения метанола в олефины в качестве катализатора может применяться один или большее количество цеолитов. В таких вариантах осуществления изобретения первый катализатор или второй катализатор может включать в себя один или большее количество цеолитов. Например, если первая реакция представляет собой реакцию превращения метанола в олефины, то первый катализатор может включать в себя один или большее количество цеолитов, а если вторая реакция представляет собой реакцию превращения метанола в олефины, то второй катализатор может включать в себя один или большее количество цеолитов. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или большее количество цеолитов, используемых в реакции превращения метанола в олефины, могут включать в себя один или большее количество из указанных: цеолит ZSM-5 или цеолит SAPO-34. Однако следует понимать, что для проведения реакции превращения метанола в олефины могут быть использованы другие подходящие катализаторы.
В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения первый поток продукта и второй поток продукта каждый могут содержать лёгкие олефины. Как описано в данном документе, «лёгкие олефины» относятся к одному или большему количеству из указанных: этилену, пропилену или бутену. Как описано в данном документе, бутен может включать в себя любой изомер бутена, например, α-бутилен, цис-β-бутилен, транс-β-бутилен и изобутилен.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения управление первым химическим процессом может включать в себя выпуск первого потока продукта из реактора. Кроме того, в одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения управление вторым химическим процессом может включать в себя выпуск второго потока продукта из реактора. В одном из вариантов осуществления изобретения первый поток продукта может содержать по меньшей мере 50% мас. лёгких олефинов. Например, первый поток продукта может содержать по меньшей мере 60% мас. лёгких олефинов, по меньшей мере 70% мас. лёгких олефинов, по меньшей мере 80% мас. лёгких олефинов, по меньшей мере 90% мас. лёгких олефинов, по меньшей мере 95% мас. лёгких олефинов или даже по меньшей мере 99% мас. лёгких олефинов. В другом варианте осуществления изобретения второй поток продукта может содержать по меньшей мере 50% мас. лёгких олефинов. Например, второй поток продукта может содержать по меньшей мере 60% мас. лёгких олефинов, по меньшей мере 70% мас. лёгких олефинов, по меньшей мере 80% мас. лёгких олефинов, по меньшей мере 90% мас. лёгких олефинов, по меньшей мере 95% мас. лёгких олефинов или даже по меньшей мере 99% мас. лёгких олефинов.
Теперь со ссылкой на фиг. 1 схематично проиллюстрирована типовая реакторная система 102, которая может быть подходящей для использования описанными в данном документе способами. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления изобретения первый химический процесс и второй химический процесс могут осуществляться последовательно в реакторной системе 102. Однако со ссылкой на описание фиг. 1 следует понимать, что любое описание катализатора, сырьевого потока или потока продукта может в равной степени относиться к первому химическому процессу или второму химическому процессу. Например, «катализатор» на фиг. 1 может относиться к первому катализатору или второму катализатору, «сырьевой поток» может относиться к первому сырьевому потоку или второму сырьевому потоку, а «поток продукта» может относиться к первому потоку продукта или второму потоку продукта.
Теперь, со ссылкой на фиг. 1 схематично проиллюстрирована типовая реакторная система 102, которая может быть подходящей для использования описанными в данном документе способами, и следует понимать, что другие конфигурации реакторной системы могут быть подходящими для описанных в данном документе способов. Реакторная система 102, в целом, включает в себя множество компонентов системы, например, реакторный узел 200 и/или узел 300 обработки катализатора. В контексте данного изобретения на фиг. 1 реакторный узел 200, в целом, относится к узлу реакторной системы 102, в которой происходит главная реакция процесса, например, реакция дегидрогенизации, реакция крекинга, реакция дегидратации или реакция превращения метанола в олефины с образованием лёгких олефинов. Реакторный узел 200 включает в себя реактор 202, который может включать в себя выходную секцию 230 реактора и входную секцию 250 реактора. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, как проиллюстрировано на фиг. 1, реакторный узел 200 может дополнительно включать в себя секцию 210 отделения катализатора, которая служит для отделения катализатора от химических продуктов, образующихся в реакторе 202. Кроме того, в контексте данного изобретения, узел 300 обработки катализатора, в целом, относится к узлу реакторной системы 102, где катализатор некоторым образом обрабатывается, например, посредством обжига. Узел 300 обработки катализатора может включать в себя камеру сгорания 350 и стояк 330, а также необязательно может включать в себя секцию 310 отделения катализатора. В некоторых вариантах осуществления изобретения катализатор может быть регенерирован посредством сжигания загрязнений, например, кокса, в узле 300 обработки катализатора. В дополнительных вариантах осуществления изобретения катализатор может быть нагрет в узле 300 обработки катализатора. Для нагрева катализатора в узле 300 обработки катализатора может быть использовано дополнительное топливо, если на катализаторе не образуется кокс или другой горючий материал или если количество кокса, образовавшегося на катализаторе, недостаточно для выгорания, чтобы нагреть катализатор до желаемой температуры. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения, секция 210 отделения катализатора может находиться в жидкостном соединении с камерой сгорания 350 (например, через трубку 426), а секция 310 отделения катализатора может находиться в жидкостном соединении с входной секцией 250 реактора (например, через трубку 424 и транспортировочный стояк 430).
Как описано со ссылкой на фиг. 1, сырьевой поток может поступать в транспортировочный стояк 430, а поток продукта может выходить из реакторной системы 102 через трубу 420. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, реакторная система 102 может быть приведена в действие посредством подачи химического сырья (например, в потоке сырья) и псевдоожиженного катализатора во входную секцию 250 реактора. Химическое сырьё контактирует с катализатором во входной секции 250 реактора, и каждый из них протекает снизу вверх в выходную секцию 230 реактора и через неё, для получения химического продукта. Химический продукт и катализатор могут быть выведены из выходной секции 230 реактора в устройство 220 разделения в секции 210 отделения катализатора, где катализатор отделяется от химического продукта, который перемещается из секции 210 отделения катализатора. Отделенный катализатор передается из секции 210 отделения катализатора в камеру сгорания 350. В камере сгорания 350 катализатор может быть обработан, например, посредством обжига. Например, и без ограничения, катализатор может быть подвергнут декоксованию и/или может быть сожжено дополнительное топливо для нагрева катализатора. Затем катализатор передается из камеры сгорания 350 через стояк 330 в сепаратор 378 на конце стояка, где газ и твердые компоненты из стояка 330 по меньшей мере частично отделяются. Пар и остающиеся твердые частицы переносятся во вторичное устройство 320 разделения в секции 310 отделения катализатора, где остающийся катализатор отделяется от газов обработки катализатора (например, газов, выделяемых при обжиге отработанного катализатора или дополнительного топлива). Отделенный катализатор затем передается из секции 310 отделения катализатора во входную секцию 250 реактора через трубку 424 и транспортировочный стояк 430, где он используется в дальнейшем в каталитической реакции. Таким образом, катализатор в процессе работы может циркулировать между реакторным узлом 200 и узлом 300 обработки катализатора. В целом, потоки переработанных химических реагентов, включая сырьевые потоки и потоки продуктов, могут быть газообразными, а катализатор может представлять собой псевдоожиженный катализатор, состоящий из твердых частиц.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, описанными в данном документе, реакторный узел 200 может включать в себя входную секцию 250 реактора, переходную секцию 258 и выходную секцию 230 реактора, например, стояк. Переходная секция 258 может соединять входную секцию 250 реактора с выходной секцией 230 реактора. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, входная секция 250 реактора и выходная секция 230 реактора каждая могут иметь по существу постоянную площадь поперечного сечения, при этом переходная секция 258 может иметь коническую форму и не иметь постоянной площади поперечного сечения. Как описано в данном документе, если явно не указано иное, «площадь поперечного сечения» относится к площади поперечного сечения узла реакторной части в плоскости, по существу, ортогональной направлению общего потока реагентов и/или продуктов. Например, на фиг. 1 площадь поперечного сечения входной секции 250 реактора, переходной секции 258 и выходной секции 230 реактора находится в направлении плоскости, определяемой горизонтальным направлением и направлением на страницу (ортогонально направлению движения жидкости, т.е. вертикально вверх на фиг. 1).
Как проиллюстрировано на фиг. 1, входная секция 250 реактора может быть расположена ниже выходной секции 230 реактора. Такая конфигурация может называться конфигурацией с восходящим потоком в реакторе 202.
Как описано в данном документе, входная секция 250 реактора может включать в себя емкость, стандартный бак для нефтепродуктов, бочку, резервуар или другой контейнер, подходящий для данной химической реакции. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения, входная секция 250 реактора может, в целом, иметь цилиндрическую форму (т.е. имеющую по существу круглую форму поперечного сечения), или в альтернативном варианте может быть не цилиндрической формы, например, иметь форму призмы с формами поперечного сечения треугольников, прямоугольников, пятиугольников, шестиугольников, восьмиугольников, овалов или других многоугольников или изогнутых закрытых форм, или комбинациями вышеуказанных. Входная секция 250 реактора, используемая в данном раскрытии, как правило, может включать в себя металлическую раму и дополнительно может включать в себя огнеупорные футеровки или другие материалы, используемые для защиты металлической рамы и/или для управления условиями технологического процесса. Как проиллюстрировано на фиг. 1, входная секция 250 реактора может включать в себя впускное отверстие 252 катализатора в нижней части реактора, определяющее соединение транспортировочного стояка 430 с входной секцией 250 реактора.
Входная секция 250 реактора может быть соединена с транспортировочным стояком 430, который в процессе работы может подавать регенерированный катализатор и/или химические реагенты в сырьевом потоке в реакторный узел 200. Регенерированный катализатор и/или химические реагенты могут быть смешаны распределителем 260 сырья, размещенным во входной секции 250 реактора. Катализатор, поступающий во входную секцию 250 реактора через транспортировочный стояк 430, может быть пропущен через трубку 424 к транспортировочному стояку 430, таким образом, поступая из узла 300 обработки катализатора. В некоторых вариантах осуществления изобретения катализатор может поступать из секции 210 отделения катализатора через трубку 422 непосредственно в транспортировочный стояк 430, где он поступает во входную секцию 250 реактора. Этот катализатор может быть немного дезактивирован, но в некоторых вариантах осуществления изобретения он все же может быть подходящим для вступления в реакцию во входной секции 250 реактора. Используемый в данном документе термин «дезактивированный» может относиться к катализатору, который загрязнен веществом, например, коксом, или имеет более низкую температуру, чем необходимо. Посредством регенерации можно удалить загрязняющие вещества, например, кокс, повысить температуру катализатора или сделать то и другое.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения распределитель 260 сырья может быть выполнен с возможностью распределения первого сырьевого потока и второго сырьевого потока при всех скоростях вращения кожуха распределителя от 200 фут/с (61 м/с) до 80 фут/с (24,4 м/с). В таких вариантах осуществления изобретения различные сырьевые потоки могут использоваться при сохранении желаемых характеристик реактора, например, при работе реактора в качестве реактора с быстрым псевдоожиженным, турбулентным или кипящим слоем во входной секции 250 реактора и в качестве реактора с восходящим потоком разбавленной фазы в выходной секции 230 реактора. Например, в соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, скорость вращения кожуха распределителя, составляющая около 80 фут/с, может быть использована во входной секции 250 реактора для подачи нафты, при этом скорость вращения кожуха распределителя около 200 фут/с может быть использована в выходной секции 230 реактора. В дополнительных вариантах осуществления изобретения некоторые отверстия в реакторе 202 могут быть закрыты, когда в качестве сырьевого потока используется нафта. «Скорость вращения кожуха распределителя» означает скорость, с которой газ выходит из распределителя, иногда через кожух. Например, подходящие распределители раскрыты в патенте США № 9370759, идеи которого включены в данный документ в полном объёме посредством ссылки.
Все еще со ссылкой на фиг. 1, реакторный узел 200 может включать в себя выходную секцию 230 реактора, которая служит для переноса реагентов, продуктов и/или катализатора из входной секции 250 реактора в секцию 210 отделения катализатора. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения, выходная секция 230 реактора может, в целом, иметь цилиндрическую форму (т.е. имеющую по существу круглую форму поперечного сечения), или в альтернативном варианте может быть не цилиндрической формы, например, иметь форму призмы с формами поперечного сечения треугольников, прямоугольников, пятиугольников, шестиугольников, восьмиугольников, овалов или других многоугольников или изогнутых закрытых форм или комбинаций вышеуказанных. Выходная секция 230 реактора, используемая в данном раскрытии, как правило, может включать в себя металлическую раму и дополнительно может включать в себя огнеупорные футеровки или другие материалы, используемые для защиты металлической рамы и/или для управления условиями технологического процесса.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения выходная секция 230 реактора может включать в себя наружную секцию 232 стояка и внутреннюю секцию 234 стояка. Используемый в данном документе термин «наружная секция стояка» относится к участку стояка, расположенному за пределами секции отделения катализатора, а термин «внутренняя секция стояка» относится к участку стояка, расположенному внутри секции отделения катализатора. Например, в варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, внутренняя секция 234 стояка реакторного узла 200 может быть расположена внутри секции 210 отделения катализатора, при этом наружная секция 232 стояка расположена за пределами секции 210 отделения катализатора.
Как проиллюстрировано на фиг. 1, входная секция 250 реактора может быть присоединена к выходной секции 230 реактора через переходную секцию 258. Входная секция 250 реактора, как правило, может иметь большую площадь поперечного сечения, чем выходная секция 230 реактора. Переходная секция 258 может сужаться от размера поперечного сечения входной секции 250 реактора до размера поперечного сечения выходной секции 230 реактора, так что переходная секция 258 выступает внутрь от входной секции 250 реактора к выходной секции 230 реактора.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, например, тех, где входная секция 250 реактора и выходная секция 230 реактора имеют аналогичные формы поперечного сечения, переходная секция 258 может иметь форму усеченного конуса. Например, для варианта осуществления реакторного узла 200, включающего в себя цилиндрическую входную секцию 250 реактора и цилиндрическую выходную секцию 230 реактора, переходная секция 258 может иметь усеченно-коническую форму. Однако следует понимать, что в данном документе рассматривается большое разнообразие форм входной секции 250 реактора, которые соединяют различные формы и размеры входной секции 250 реактора и выходной секции 230 реактора.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения, входная секция 250 реактора может иметь среднюю площадь поперечного сечения, которая составляет по меньшей мере 150% от средней площади поперечного сечения выходной секции 230 реактора. Как описано в данном документе, «средняя площадь поперечного сечения» относится к среднему значению площадей поперечного сечения для данного компонента системы или секции, например, входной секции 250 реактора или выходной секции 230 реактора. Если компонент системы или секция имеет по существу постоянную площадь поперечного сечения, например, цилиндрические формы проиллюстрированной входной секции 250 реактора или выходной секции 230 реактора, то площадь поперечного сечения в любой точке приблизительно равна средней площади поперечного сечения.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения входная секция 250 реактора может иметь среднюю площадь поперечного сечения, которая составляет по меньшей мере 160%, по меньшей мере 170%, по меньшей мере 180%, по меньшей мере 190%, по меньшей мере 200%, по меньшей мере 250 %, по меньшей мере 300%, по меньшей мере 400% или даже по меньшей мере 500% средней площади поперечного сечения выходной секции 230 реактора.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения, основываясь на форме, размере и других условиях обработки, например, температуре и давлении во входной секции 250 реактора и в выходной секции 230 реактора, входная секция 250 реактора может работать в таком режиме, который является или приближается к изотермическому. например, в реакторе с быстрым псевдоожиженным, турбулентным или кипящим слоем, при этом выходная секция 230 реактора может работать в большей степени в режиме пробкового потока, например, в реакторе с восходящим потоком разбавленной фазы. Например, реактор 202 по фиг. 1 может включать в себя входную секцию 250 реактора, работающую как реактор с быстрым псевдоожиженным, турбулентным или кипящим слоем, и выходную секцию 230 реактора, работающую как реактор с восходящим потоком разбавленной фазы, в результате чего средний поток катализатора и газа одновременно перемещается вверх. Термин «средний поток», используемый в данном документе, относится к результирующемурасходу вещества, т.е. к общему восходящему потоку за вычетом попятного или обратного потока, что, в целом, типично для поведения псевдоожиженных частиц. Описанный в данном документе реактор с «быстрым псевдоожижением» может относиться к реактору, использующему режим псевдоожижения, в котором приведенная скорость газовой фазы больше, чем скорость при дросселировании и может быть полуинтенсивной в процессе работы. Описанный в данном документе «турбулентный» реактор может относиться к режиму псевдоожижения, где приведенная скорость меньше, чем скорость дросселирования, и является более интенсивной, чем в режиме быстрого псевдоожижения. Как описано в данном документе, реактор с «кипящим слоем» может относиться к режиму псевдоожижения, в котором четко определенные пузырьки в высоко плотном слое присутствуют в двух различных фазах. «Скорость дросселирования» относится к минимальной скорости, необходимой для поддержания твердых частиц в режиме разбавленной фазы в вертикальной передающей линии. Как описано в данном документе, «реактор с восходящим потоком разбавленной фазы» может относиться к реактору с восходящим потоком, работающему со скоростью переноса, при которой газ и катализатор имеют приблизительно одинаковую скорость в разбавленной фазе.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения давление в реакторе 202 может находиться в диапазоне от 6,0 до 44,7 фунтов на квадратный дюйм абс. (фунт/кв.дюйм, от около 41,4 килопаскаля, кПа до около 308,2 кПа), но в некоторых вариантах осуществления изобретения может быть использован более узкий выбранный диапазон, например, от 15,0 фунт/кв.дюйм абс.до 35,0 фунт/кв.дюйм абс.(от около 103,4 кПа до около 241,3 кПа). Например, давление может составлять от 15,0 фунт/кв.дюйм абс. до 30,0 фунт/кв.дюйм абс. (от около 103,4 кПа до около 206,8 кПа), от 17,0 фунт/кв.дюйм абс. до 28,0 фунт/кв.дюйм абс. (от около 117,2 кПа до около 193,1 кПа) или от 19,0 фунт/кв.дюйм абс. до 25,0 фунт/кв.дюйм абс. (от около 131,0 кПа до около 172,4 кПа). Преобразования единиц из стандартных (не СИ) в метрические (СИ) выражения в данном документе включают в себя термин «около», чтобы указать округление, которое может присутствовать в метрических выражениях (СИ) в результате преобразований.
В дополнительных вариантах осуществления изобретения количество сырья на единицу массы катализатора в час (WHSV) для раскрытого способа может находиться в диапазоне от 0,1 фунта (фунт) (0,045 кг) до 100 фунтов (45,4 кг) подачи химических реагентов в час (ч) на фунт (0,45 кг) катализатора в реакторе (фунт подачи/час/фунт катализатора). Например, если реактор включает в себя входную секцию 250 реактора, которая работает как реактор с быстрым псевдоожиженным, турбулентным или кипящим слоем, и выходную секцию 230 реактора, которая работает как реактор с восходящим потоком, то приведенная скорость газа может находиться в диапазоне от 2 футов в секунду (фут/с, около 0,61 метров в секунду, м/с) до 80 фут/с (около 24,38 м/с), например, от 2 фут/с (около 0,61 м/с) до 10 фут/с (около 3,05 м/с) во входной секции 250 реактора и от 30 фут/с (около 9,14 м/с) до 70 фут/с (около 21,31 м/с) в выходной секции 230 реактора. В дополнительных вариантах осуществления изобретения реактор с конфигурацией, которая полностью относится к типу с восходящим потоком, может работать при одной высокой приведенной скорости газа, например, в некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере при 30 фут/с (около 9,15 м/с) в течение всего времени протекания процесса.
В дополнительных вариантах осуществления изобретения отношение катализатора к сырьевому потоку в реакторе 202 может находиться в диапазоне от 5 до 100 в расчете на массу (мас./мас.). В некоторых вариантах осуществления изобретения указанное соотношение может находиться в диапазоне от 10 до 40, например, от 12 до 36 или от 12 до 24.
2-с
2-с
2-с
2-с
2-с
2-с
2-с
2-с
В дополнительных вариантах осуществления изобретения расход катализатора может составлять от 1 фунта на квадратный фут в секунду (фунт/фут) (около 4,89 кг/м) до 20 фунтов/фут(до 97,7 кг/м) во входной секции 250 реактора и от 10 фунтов/фут (около 48,9 кг/м) до 100 фунтов/фут (около 489 кг/м) в выходной секции 230 реактора.
При работе катализатор может перемещаться вверх через выходную секцию 230 реактора (из входной секции 250 реактора) в устройство 220 разделения. Отделенные пары могут быть удалены из системы 102 реактора с псевдоожиженным катализатором через трубу 420 на выпускном отверстии 216 для газа секции 210 отделения катализатора. В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения устройство 220 разделения может представлять собой систему циклонного разделения, которая может включать в себя две или большее количество ступеней циклонного разделения. В вариантах осуществления изобретения, в которых устройство 220 разделения содержит более чем одну ступень циклонного разделения, первое устройство разделения, в которое поступает псевдоожиженный поток, относится к первичному устройству циклонного разделения. Псевдоожиженный вытекающий поток из первичного устройства циклонного разделения может поступать во вторичное устройство циклонного разделения для дальнейшего разделения. Первичные устройства циклонного разделения могут включать в себя, например, первичные циклоны и системы, коммерчески доступные под названиями VSS (коммерчески доступные от компании UOP), LD2 (коммерчески доступные от компании Stone and Webster) и RS2 (коммерчески доступные от компании Stone and Webster). Первичные циклоны описаны, например, в патентах США №№ 4579716, 5190650; и 5275641, которые включены в данный документ в полном объёме посредством ссылки. В некоторых системах разделения, использующих первичные циклоны в качестве первичного устройства циклонного разделения, используют один или большее количество наборов дополнительных циклонов, например, вторичные циклоны и третичные циклоны, для дальнейшего отделения катализатора от газообразного продукта. Следует понимать, что в вариантах осуществления данного изобретения может использоваться любое первичное устройство циклонного разделения.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, после отделения от паров в устройстве 220 разделения, катализатор, как правило, может перемещаться через десорбер 224 в выпускное отверстие 222 катализатора, где катализатор переносится из реакторного узла 200 через трубку 426 в узел 300 обработки катализатора. При необходимости, катализатор может быть также непосредственно перемещен обратно во входную секцию 250 реактора через трубку 422. В альтернативном варианте, катализатор может быть предварительно смешан с регенерированным катализатором в транспортировочном стояке 430.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения управление первым химическим процессом и/или вторым химическим процессом, например, в реакторной системе 102, может включать в себя рециркуляцию катализатора, используемого в первом или втором химическом процессе, посредством перевода катализатора из реактора 202 в блок регенерации (например, камеру сгорания 350 варианта осуществления изобретения по фиг. 1), обработку соответствующего катализатора в блоке регенерации и возвращение первого катализатора из блока регенерации в реактор 202.
Обратимся теперь к узлу 300 обработки катализатора, проиллюстрированному на фиг. 1. Камера сгорания 350 узла 300 обработки катализатора может включать в себя одно или большее количество впускных отверстий 352 в нижней секции реактора и может находиться в жидкостном сообщении со стояком 330. Камера сгорания 350 может находиться в жидкостном сообщении с секцией 210 отделения катализатора через трубку 426, по которой может подаваться отработанный катализатор из реакторного узла 200 в узел 300 обработки катализатора для регенерации. Камера сгорания 350 может включать в себя дополнительное впускное отверстие 352 в нижней секции реактора, где подвод 428 воздуха соединяется с камерой сгорания 350. Через подвод 428 воздуха могут подаваться химически активные газы, которые могут вступать в реакцию с отработанным катализатором или дополнительным топливом для по меньшей мере частичной регенерации катализатора. Например, катализатор может быть закоксован после реакций во входной секции 250 реактора, и кокс может быть удален из катализатора (т.е. регенерация катализатора) посредством реакции горения. Например, окислитель (например, воздух) может быть подан в камеру сгорания 350 через подвод 428 воздуха. В альтернативном варианте или дополнительно, например, когда на катализаторе не образуется кокс, в камеру сгорания 350 может быть введено дополнительное топливо, которое может быть сожжено для нагревания катализатора. После процесса горения обработанный катализатор может быть отделен в секции 310 отделения катализатора и доставлен обратно в реакторный узел 200 через трубку 424.
В соответствии с дополнительными вариантами осуществления изобретения реакторная система 102 может быть интегрирована в систему 100 химической конверсии, проиллюстрированную на фиг. 2. Система 100 химической конверсии может включать в себя реакторную систему 102, описанную ранее, а также установку 104 термического крекинга. Входной технологический поток 112 может нести в реакторную систему 102 сырьевые материалы, например, один или большее количество из указанных: этан, пропан, бутан, нафту или метанол. В некоторых вариантах осуществления изобретения входной технологический поток 112 может быть сырьевым потоком для описанных способов образования олефинов. Технологический поток 118 может быть произведен реакторной системой 102 и может быть потоком продукта для описанных в данном документе способов образования олефинов.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения система 100 химической конверсии необязательно может включать в себя секцию 106 удаления продуктов окисления для обработки технологического потока 118. Например, секция 106 удаления продуктов окисления может быть использована для удаления одного или большего количества из указанных: метанола, воды или диметилового эфира из технологического потока 118, когда в реакторной системе 102 используется реакция превращения метанола в олефины. Следует понимать, что секция 106 удаления продуктов окисления может быть обойдена, если продукты окисления не присутствуют в технологическом потоке 118, например, когда в реакторной системе 102 выполняются реакции дегидрогенизации, крекинга или дегидратации. Секция 106 удаления продуктов окисления может представлять собой любую подходящую сепарационную установку, например, колонну или абсорбер.
Кроме того, входной технологический поток 114 может подавать этан, нафту, пропан, бутан или комбинации вышеуказанных на установку 104 термического крекинга. Установка термического крекинга 104 может включать в себя одну или большее количество печей. Технологический поток 116, образованный в установке 104 термического крекинга, может быть объединён с технологическим потоком 118 для формирования технологического потока 120, который может поступать в компрессорную установку 108. Компрессорная установка 108 может подвергать сжатию содержимое технологического потока 120 для формирования технологического потока 122. Компрессорная установка 108 может включать в себя один или большее количество из указанных: ряд компрессоров, щелочную колонну и сушилку. Технологический поток 122 может быть обработан в установке 110 извлечения продукта, которая может извлекать лёгкие олефины, например, этилен, бутилен или пропилен из системы 100 химической конверсии. Установка 110 извлечения продукта может включать в себя одну или большее количество ректификационных колонн или других разделительных устройств. Выходные технологические потоки 124, 125, 127 могут включать в себя один или большее количество химических продуктов, например, этилен, пропилен или бутилен, или другие неолефиновые материалы, которые могут быть проданы или подвергнуты дальнейшей переработке. В некоторых вариантах осуществления изобретения рециркулирующие потоки 126 и 128 могут возвращать части технологического потока 122 обратно в реакторную систему 102 и/или в установку 104 термического крекинга, соответственно. Например, рециркулирующий поток 126 может возвращать углеводороды C4 обратно в реакторную систему 102.
В соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления изобретения, теперь со ссылкой на фиг. 2 и 3, реакторная система может дополнительно включать в себя один или большее количество из указанных: испаритель сырья 152 или охлаждающую колонну 154. Испаритель сырья может находиться выше по потоку от реакторного узла 200 и узла 300 обработки катализатора, а охлаждающая колонна 154 может находиться ниже по потоку от реакторного узла 200 и узла 300 обработки катализатора. В таком варианте осуществления изобретения технологический поток 153 может подавать сырьевые материалы в реакторный узел 200, а технологический поток 155 может подавать материалы продукта в охлаждающую колонну 154. В таком варианте осуществления изобретения технологический поток 153 может представлять собой сырьевой поток, а технологический поток 155 может представлять собой поток продукта для описанных в данном документе способов образования олефинов.
В одном из вариантов осуществления изобретения испаритель 152 сырья может испарять первый сырьевой поток и второй сырьевой поток. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения испаритель сырья 152 может включать в себя один или большее количество теплообменников. Поскольку первый сырьевой поток может отличаться от второго сырьевого потока, испаритель 152 сырья может быть пригоден для испарения как первого сырьевого потока, так и второго сырьевого потока. Например, испаритель сырья 152 может потребоваться для испарения как относительно лёгкого исходного сырья, например, пропана, исходного сырья средних фракций, например, бутана, так и относительно тяжёлого исходного сырья, например, нафты. Следовательно, испаритель 152 сырья может быть рассчитан на испарение самого тяжёлого предполагаемого сырья, например, нафты. Например, испарителем 152 сырья может быть теплообменник, выполненный с возможностью использования охлаждающей воды средней температуры для испарения пропана, выполненный с возможностью использования горячей охлаждающей воды или пара низкого давления для испарения бутана, и выполненный с возможностью использования пара среднего давления для испарения нафты. Используемый в данном документе термин «поток среднего давления» относится к пару от 100 фунт/кв. дюйм изб. (689,5 кПа изб.) до 800 фунт/кв. дюйм изб. (5516 кПа изб.), термин «пар низкого давления» относится к пару от 30 фунт/кв. дюйм изб. (206,8 кПа изб.) до 100 фунт/кв. дюйм изб., термин «горячая охлаждающая вода» относится к воде, имеющей температуру от 80°C до 150°C, и термин «охлаждающая вода средней температуры» относится к воде, имеющей температуру от 30°C до 80°C.
В соответствии с дополнительными вариантами осуществления изобретения, охлаждающая колонна 154 может быть выполнена с возможностью использования воды или масла в качестве охлаждающей среды. В одном из вариантов осуществления изобретения охлаждающая колонна представляет собой устройство, подобное отпарной колонне, где поток продукта представляет собой пар, а охлаждающая среда представляет собой жидкость. Охлаждающая колонна 154 может служить для охлаждения потока продукта, а также для удаления из него загрязнений. В некоторых вариантах осуществления изобретения, например, когда поток продукта является относительно тяжелым, например, нафтой, охлаждающее масло может быть использовано для удаления тяжёлых углеводородов из потока продукта. Если такой процесс был выполнен с использованием охлаждающей воды, то некоторое количество воды может конденсироваться и нежелательным образом образовывать две жидкие фазы из масла и воды. Например, охлаждающая колонна может быть выполнена с возможностью водяного охлаждения для реакций дегидрогенизации этана и/или пропана, но может работать в режиме масляной охлаждающей колонны в случае крекинга нафты, что может потребовать некоторых модификаций конструкции по отношению к водяной охлаждающей колонне охладителю. Когда колонна работает в режиме масляной охлаждающей колонны, то, возможно, потребуется обойти бустерный компрессор. Кубовый остаток может быть тяжёлой сырой нефтью и может быть отправлен в камеру сгорания в качестве дополнительного топлива.
Теперь снова обратимся к фиг. 2. В некоторых вариантах осуществления изобретения, когда этилен присутствует во входном технологическом потоке 114, а пропан присутствует во входном технологическом потоке 112, этан может быть возвращен через рециркуляционный поток 128 на установку 108 термического крекинга, а пропан может быть возвращен через рециркуляционный поток 126 в реакторную систему 102. В другом варианте осуществления изобретения, когда этан присутствует во входном технологическом потоке 114 и входном технологическом потоке 112, этан может быть возвращен через рециркуляционный поток 128 в установку 108 термического крекинга и/или этан может быть возвращен через рециркуляционный поток 126 в реакторную систему 102. В другом варианте осуществления изобретения, когда этан присутствует во входном технологическом потоке 114, а бутан присутствует во входном технологическом потоке 112, произведенный поток C4 может быть возвращен через рециркуляционный поток 126 в реакторную систему 102, а этан может быть возвращен через рециркуляционный поток 128 на установку 108 термического крекинга. В другом варианте осуществления изобретения, когда этан присутствует во входном технологическом потоке 114, а нафта присутствует во входном технологическом потоке 112, произведенный поток C4 может быть возвращен через рециркуляционный поток 126 в реакторную систему 102, а этан может быть возвращен через рециркуляционный поток 128 на установку термического крекинга 108. В другом варианте осуществления, когда этан присутствует во входном технологическом потоке 114, а метанол присутствует во входном технологическом потоке 112, этан, пропан и бутан могут быть возвращены через рециркуляционный поток 128 на установку 108 термического крекинга, а произведенный поток C4 может быть продан.