РЯД ЗОН ВЫЖИГАНИЯ КАТАЛИЗАТОРА С НЕЗАВИСИМЫМИ КОНТУРАМИ ЦИРКУЛЯЦИИ
SOME ZONES OF CATALYST BURNING OUT WITH INDEPENDENT CIRCULATION CIRCUITS

По данной заявке испрашивается приоритет заявки на патент US №13/327156 с датой подачи 15.12.2011.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к процессам конверсии потока исходных углеводородов в полезные углеводородные продукты. В частности, изобретение относится к непрерывной регенерации отработанного катализатора для его повторного использования в процессе конверсии углеводородов.
Уровень техники
Углеводороды и, в особенности, нефть добывают из недр земли в виде смеси. Добытую смесь подвергают конверсии с получением полезных продуктов посредством разделения и обработки углеводородных потоков в реакторах. Конверсия углеводородных потоков в полезные продукты в большинстве случаев представляет собой осуществляемый в реакторе каталитический процесс. Катализатор может быть твердым или жидким и может содержать каталитические материалы, находящиеся на носителе. В частности, интенсивно используются находящиеся на носителе каталитические металлы. Каталитические металлы включают металлы платиновой группы, а также другие металлы. В процессе обработки углеводородов катализаторы со временем дезактивируются. Одна из основных причин дезактивации заключается в образовании и нарастании на катализаторе отложений кокса. Накапливание отложений кокса блокирует доступ к каталитическим центрам катализатора. Регенерацию катализатора обычно производят путем удаления кокса, в ходе которого кокс выжигают при высокой температуре с использованием кислородсодержащего газа. Эти процессы могут осуществляться или непрерывно с катализатором, циркулирующим через реактор и регенератор, или указанный процесс регенерации можно проводить полунепрерывно, к примеру, с использованием большого количества неподвижных слоев, из которых один слой предварительно удален из потока катализатора с целью регенерации, в то время как другие слои катализатора продолжают работать. При проведении непрерывной регенерации в зону выжигания регенератора непрерывно направляют рециркуляционный газ, а полученный отходящий газ, содержащий продукты сгорания, удаляют. Процесс выжигания контролируют по содержанию кислорода в рециркуляционном газе. Поток рециркуляционного газа образован частью потока отходящего газа и дополнительным потоком свежего газа горения, в то же время другая часть отходящего газа удаляется из регенератора. Это способствует поддерживанию температуры газа горения, а также обеспечению установившегося режима непрерывного ввода отработанного катализатора и газа горения в регенератор при непрерывном отводе регенерированного катализатора и отходящего газа.
В патентных документах US 5053371 (Williamson) и US 6048814 (Capelle и др.) описаны способы регенерации катализатора, производимой для удаления кокса из частиц катализатора посредством выжигания кокса. Процесс выжигания может быть вредным для катализатора, и для продолжительного срока службы катализатора, который циклически и последовательно перемещается через реактор и регенератор, важными являются более совершенные способы контроля процесса выжигания углеродистых отложений. Создание более совершенного способа обеспечивает увеличение количества циклов прохождения катализатора через регенератор и увеличивает срок службы катализатора. Это может быть достигнуто за счет усовершенствования рабочего процесса и контроля работы регенератора.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает улучшенный способ регенерации катализатора. Способ включает подачу потока отработанного катализатора в первую, или верхнюю, зону регенерации для частичной регенерации катализатора посредством проведения контролируемого процесса выжига образовавшихся на катализаторе отложений кокса. Частично регенерированный катализатор перемещается во вторую, или нижнюю, зону регенерации для полной регенерации катализатора. Способ включает подачу первого регенерационного газа, содержащего кислород, в первую, или верхнюю, зону регенерации, и перемещение второго регенерационного потока во вторую, или нижнюю, зону регенерации. Потоки регенерационного газа являются независимыми газовыми потоками, что обеспечивает возможность регулирования количества и содержания кислорода в отдельных газовых потоках.
Другие задачи, преимущества и случаи применения настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из нижеследующего подробного описания и чертежей.
Краткое описание чертежа
На чертеже изображена зона регенерации и потоки циркулирующего окисляющего газа, используемого для регенерации катализатора, проходящего через регенератор.
Подробное описание изобретения
Объектом настоящего изобретения является способ непрерывной регенерации катализатора. Наиболее типичный пример применения изобретения заключается в удалении кокса из частиц катализатора, которые содержат металл платиновой группы, и наиболее типичным, подходящим для применения изобретения процессом является каталитический процесс дегидрирования парафинов с получением олефинов. Регенератор, используемый в процессе конверсии олефинов, описан в патентном документе US 75858803 (Price и др.), дата публикации - 08.09.2009, который полностью включен в данное описание посредством ссылки.
Конструкция известного регенератора включает в зоне полного выжигания две зоны, а именно верхнюю зону выжигания и зону повышения концентрации кислорода. При таком конструктивном выполнении максимальная концентрация кислорода в нижней зоне ограничена общим потреблением кислорода и относительными размерами зоны повышения концентрации кислорода в зоне полного выжигания.
Как правило, это означает, что максимальная концентрация кислорода в зоне повышения концентрации кислорода составляет 2% с разделением подводимого газа горения таким образом, что 70% газа горения подводится в верхнюю зону выжигания и 30% в зону повышения концентрации кислорода. Процесс может быть более устойчивым к отклонениям, и желательно обеспечить повышение концентрации кислорода, подводимого в зону повышения концентрации кислорода. Предпочтительным может быть повышение концентрации кислорода в зоне повышения концентрации кислорода до 5% от объема газа горения.
В случае известной конструкции регенератора части потока рециркуляционного газа, которые увеличены за счет дополнительного ввода кислорода или кислородсодержащего газа, направляют в один канал зоны повышения концентрации кислорода через верхнюю зону выжигания без обеднения потока кислородом. Это приводит к повышению концентрации кислорода во всем рециркуляционном газе, выходящем из корпуса регенератора, до относительно высокого уровня по сравнению с верхней зоной выжигания. Указанный относительно высокий уровень содержания кислорода является неприемлемым для надлежащего регулируемого процесса выжигания в верхней зоне выжигания. Поэтому необходим дополнительный разбавляющий газ, который вводят в верхнюю зону выжигания для уменьшения концентрации кислорода в верхней зоне выжигания. Результатом является увеличение количества рециркуляционного газа, удаление и использование отходящего газа в системах энергообеспечения. Разделение двух указанных рециркуляционных потоков обеспечивает большую степень регулирования.
Настоящее изобретение направлено на улучшение регулирования процесса регенерации катализатора и улучшение регенерации катализатора. Способ включает подачу потока отработанного катализатора в регенератор, который содержит верхнюю зону регенерации и нижнюю зону регенерации. Катализатор поступает в верхнюю зону регенерации и перемещается через нее в нижнюю зону регенерации. Поток первого регенерационного газа направляется в верхнюю зону регенерации для выжига отложений кокса на катализаторе, в процессе которого генерируется отходящий газ, состоящий из продуктов сгорания, который удаляют из регенератора. Отработанный катализатор частично регенерируется в верхней зоне регенерации и направляется в виде частично регенерированного катализатора в нижнюю зону регенерации. Поток второго регенерационного газа направляется в нижнюю зону регенерации для получения потока регенерированного катализатора. Потоки первого и второго регенерационного газа являются независимыми потоками, что обеспечивает регулирование количества кислорода в каждом потоке и регулирование процесса выжигания в каждой зоне выжигания.
Охарактеризованный выше технологический процесс ниже будет более подробно описан со ссылкой на чертеж. В регенератор 10 непрерывно вводят поток частиц 12 отработанного катализатора. Хотя здесь к рассматриваемому процессу применяется термин «непрерывно», этот процесс является в большей степени полунепрерывным процессом, в котором небольшие частицы катализатора выгружают из реактора и направляют в регенератор на относительно непрерывной основе. Частицы катализатора перемещаются вниз через кольцевую зону 20, образованную удерживающими сетчатыми перегородками 22 и 24 и расположенную в зоне 30 выжигания. Зона выжигания 30 разделена на верхнюю зону 32 выжигания и нижнюю зону 34 выжигания, которая известна также как зона 34 повышения концентрации кислорода. Верхняя зона 32 выжигания отделена от нижней зоны 34 выжигания отражательными перегородками 40 и отдельным размещенным ниже устройством 42 сбора отходящего газа. При перемещении частиц катализатора вниз через верхнюю зону 32 выжигания, первый регенерационный газ контактирует с частицами катализатора для выжига углеродистых отложений на частицах катализатора. Частицы катализатора медленно перемещаются через верхнюю зону выжигания, что обеспечивает достаточный период времени для выжигания углерода. Средняя продолжительность времени нахождения катализатора в верхней зоне будет находиться в интервале от 3 до 5 часов, при этом предпочтительный период времени составляет от 3,5 до 4,5 часов.
Первый регенерационный газ циркулирует через контур 50 первого регенерационного газа с помощью первой газодувки 52, служащей для побуждения циркуляции регенерационного газа, при этом в контур 50 первого регенерационного газа направляется отходящий газ из верхней, или первой, зоны 32 выжигания. Отходящий газ состоит из монооксида углерода, диоксида углерода, воды, непрореагировавшего кислорода и других нереактивных газов, генерируемых на участке выжигания и отводимых из зоны регенерации в виде отходящего газа. Регенерационный газ представляет собой отходящий газ, образующий контур рециркуляционного газа, в который из процесса непрерывно отводится поток отходящего газа и к нему подмешивается кислородсодержащий газ 54 для компенсации потребленного кислорода, после чего это отходящий газ возвращается на участок первоначального выжигания в виде первого регенерационного газа. Часть отходящего газа удаляется с поддерживанием непрерывного установившегося потока регенерационного газа. Отходящий газ, перед его направлением в верхнюю зону выжигания в качестве потока первого регенерационного газа, нагревают до температуры выжигания. Первая температура выжигания находится в интервале от 450°C до 600°C, предпочтительно в интервале от 470°C до 500°C, более предпочтительно в интервале от 470°C до 485°C, при этом оперативное регулирование температуры осуществляется при температуре близкой к 477°C. В поток регенерационного газа добавляют кислород 54 до уровня в интервале от 0,5 об.% до 2 об.%, предпочтительно в интервале от 0,5 об.% до 1,5 об.%. Регенерационный газ, содержащий рециркуляционный газ с дополнительно добавленным кислородом, вводится в верхнюю зону выжигания. Содержание кислорода в рециркуляционном газе непрерывно контролируют, и при необходимости добавляют дополнительное количество кислорода, чтобы уровень кислорода соответствовал желаемым интервалам. Содержание кислорода является параметром контроля процесса выжигания, проводимого в целях предотвращения повреждения катализатора и оборудования, в котором осуществляется выжигание. Дополнительное регулирование состава газа включает использование потока 56 газообразного азота для добавления разбавителя в том случае, если содержание кислорода необходимо дополнительно регулировать. В качестве альтернативы, кислородсодержащий газ может быть смешан с азотом перед добавлением газового потока в поток первого регенерационного газа.
Верхняя зона выжигания часто не способна выжигать все отложения кокса, осажденные на катализаторе. В настоящем изобретении предусмотрена нижняя зона 34 выжигания, в которую направляется отдельный поток регенерационного газа для завершения процесса сжигания и выжига остаточных углеродистых отложений на катализаторе.
Катализатор дополнительно обрабатывается и продвигается из верхней зоны 32 выжигания в нижнюю зону 34 выжигания, в которой катализатор контактирует с потоком второго регенерационного газа для удаления остаточных углеродистых отложений. Нижнюю зону выжигания именуют также зоной повышения концентрации кислорода. Второй регенерационный газ циркулирует через контур 60 второго регенерационного газа, в котором для обеспечения циркуляции регенерационного газа используется вторая газодувка 62, при этом в контур 60 второго регенерационного газа направляется отходящий газ из нижней, или второй, зоны 34 выжигания. Отходящий газ состоит из монооксида углерода, диоксида углерода, воды, непрореагировавшего кислорода и других нереактивных газов, генерируемых на участке выжигания и отводимых из зоны регенерации в виде отходящего газа через отдельное устройство 42 сбора отходящего газа. Второй регенерационный газ представляет собой отходящий газ, образующий контур 60 второго рециркуляционного газа, в который из технологического процесса непрерывно отводится поток отходящего газа, к нему для компенсации потребленного кислорода подмешивают кислородсодержащий газ 64, после чего возвращают в нижнюю зону выжигания в виде второго регенерационного газа. Часть отходящего газа удаляют с поддерживанием непрерывного установившегося потока второго регенерационного газа. Перед подачей в нижнюю зону выжигания отходящий газ нагревается до второй температуры выжигания. Вторая температура выжигания находится в интервале от 500°C до 600°C, предпочтительно в интервале от 550°C до 570°C, при этом оперативное регулирование температуры осуществляется при температуре, близкой к 560°C. Дополнительное регулирование состава газа включает использование потока 66 газообразного азота для добавления разбавителя в том случае, если необходимо дополнительно регулировать содержания кислорода. В качестве альтернативы, кислородсодержащий газ может быть смешан с азотом перед добавлением газового потока в поток второго регенерационного газа.
Нижняя зона выжигания, или зона повышения концентрации кислорода, функционирует таким образом и имеет такие размеры, чтобы катализатор находился в нижней зоне в течение периода времени, составляющего от 1 часа до 3 часов, при этом предпочтительная средняя продолжительность указанного периода составляет от 1,5 часа до 2,5 часов. Концентрация кислорода в зоне повышения концентрации кислорода больше, чем в верхней зоне выжигания, и регулируется до уровня в интервале от 2 об.% до 5 об.%.
После удаления из катализатора углеродистых отложений катализатор дополнительно обрабатывают для перераспределения каталитического металла по поверхности носителя. Процесс выжигания при удалении углеродистых отложений из катализатора приводит к спеканию частиц металла. В результате катализатор может стать менее эффективным и его срок службы может уменьшиться. Частицы металла могут быть перераспределены по поверхности катализатора за счет контакта с галогенсодержащим газом. В связи с этим частицы катализатора, выходящие из зоны 34 повышения концентрации кислорода, направляют в зону 36 галогенирования. Зона 36 галогенирования предпочтительно находится в том же корпусе регенератора для минимизации внешнего воздействия, а также для минимизации величины нагревания и охлаждения катализатора в процессе его перемещения между зонами. Галогенсодержащий газ подают в зону 36 галогенирования через вход контура 70 циркуляции газа галогенирования. Галогенсодержащий газ контактирует с катализатором и перераспределяет каталитический металл по поверхности катализатора. Газ проходит вверх через зону 36 галогенирования и улавливается устройством 72 для сбора газа галогенирования. Устройство 72 для сбора газа галогенирования предпочтительно представляет собой непроницаемую перегородку, прикрепленную к нижнему концу внутренней сетчатой перегородки зоны 34 повышения концентрации кислорода, и снабжено выпускным патрубком 74, присоединенным к трубопроводу 76 для циркуляции галогенсодержащего газа. Система циркуляции галогена может содержать отдельную газодувку для побуждения циркуляции газа, а также соответствующие осушители для удаления влаги и слои адсорбента для удаления из катализатора остаточного эффлюента при прохождении катализатора через зону 36 галогенирования. Предпочтительный галогенсодержащий газ представляет собой хлор, содержащийся в газе в качестве активного галогена.
После регенерации катализатор высушивают. В процессе выжигания в качестве одного из продуктов сгорания образуется вода, и эта вода может адсорбироваться регенерированным катализатором. Присутствие воды негативным образом влияет на технологический процесс, и поэтому перед возвращением катализатора в реактор необходимо удалить из него воду. В одном воплощении сушку катализатора проводят в регенераторе 10. Катализатор перемещается из зоны 36 галогенирования в зону 38 сушки. В зону 38 сушки подают сушильный газ 80, который проходит через катализатор и удаляет любую остаточную воду. Сушильный газ перед подачей в зону 38 сушки нагревают до температуры в интервале от 390°C до 510°C. Сушильный газ распределяется по всей зоне 38 сушки и протекает вверх через катализатор, который перемещается через зону 38 сушки вниз. Продолжительность сушки определяется, главным образом, высотой зоны 38. Размеры зоны сушки выбраны при проектировании так, чтобы обеспечить среднюю продолжительность нахождения частиц катализатора в этой зоне, по меньшей мере, 4 часа. Сушильный газ проходит через зону 38 сушки и зону 36 галогенирования вверх и выходит из регенератора через выпускной патрубок 74. Высушенный и регенерированный катализатор выгружается через патрубок 82 выпуска катализатора, имеющийся в днище регенератора 10.
Хотя настоящее изобретение было описано выше с помощью рассмотренных воплощений изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается описанными воплощениями, и охватывает различные модификации и эквивалентные выполнения, включенные в объем приложенных пунктов формулы.