СПОСОБ И УСТАНОВКА КРЕКИНГА С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ КАТАЛИЗАТОРОМ
METHOD AND INSTALLATION FOR FLUID CATALYTIC CRACKING

Притязание на приоритет по предшествующей национальной заявке
Для настоящего изобретения испрашивается приоритет по заявке на патент США №13/425,657, поданной 21 марта 2012.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в целом, относится к способу и устройству крекинга с псевдоожиженным катализатором.
Уровень техники
Каталитический крекинг может приводить к получению разнообразных продуктов из более тяжелых углеводородов. Часто поток более тяжелого углеводорода, такого как вакуумный газойль, подается в реактор каталитического крекинга, такой как реактор с псевдоожиженным катализатором крекинга. С использованием такой системы могут быть получены различные продукты, включая бензин и/или легкий продукт, такой как пропен и/или этен.
В таких системах может использоваться один реактор или двойной реактор. Хотя использование системы двойного реактора может повлечь дополнительные капитальные затраты, один из реакторов может работать в условиях максимального выхода продуктов, таких как легкие алкены, включая пропен и/или этен.
Системы двойных реакторов часто используют клапаны для передачи катализатора в/из стояк-реактора и регенератора. Однако перепады давления на этих клапанах могут варьироваться в зависимости от степени износа. Этот недостаток может приводить к увеличению времени простоя на техническое обслуживание, в частности в связи с тем, что клапаны имеют различные степень износа, установку, как правило, приходится останавливать для замены отдельных клапанов. Таким образом, установка может быть отключена несколько раз для замены отдельных клапанов. Было бы желательно уменьшить стандартное отклонение или дисперсию перепада давления на клапанах, чтобы обеспечить однородность износа всех клапанов и уменьшить время простоя на обслуживание.
Краткое изложение сущности изобретения
Одним примером осуществления изобретения может быть способ крекинга с псевдоожиженным катализатором. Этот способ может включать подачу первого катализатора из первого стояк-реактора и второго катализатора из второго стояк-реактора в устройство регенерации, имеющее первое и второе отделения. Первый катализатор может быть направлен в первое отделение и второй катализатор может быть направлен во второе отделение устройства регенерации. Обычно первое отделение расположено над вторым отделением.
Другим примером осуществления может быть устройство крекинга с псевдоожиженным катализатором. Устройство крекинга с псевдоожиженным катализатором может включать первый стояк-реактор, второй стояк-реактор, и устройство регенерации, включающее первое отделение, расположенное выше второго отделения. Обычно отработанный катализатор первого стояк-реактора передается в первое отделение и отработанный катализатор второго стояк-реактора передается во второе отделение.
Другим примером осуществления может быть способ крекинга с псевдоожиженным катализатором. Этот способ может включать подачу отработанного первого катализатора по первой линии от первого стояк-реактора в устройство регенерации и регенерированного первого катализатора по второй линии из устройства регенерации в первый стояк-реактор; и подачу отработанного второго катализатора по третьей линии из второго стояк-реактора в устройство регенерации, и регенерированного второго катализатора по четвертой линии из устройства регенерации во второй стояк-реактор. Обычно устройство регенерации имеет первое отделение, расположенное выше второго отделения с подачей отработанного первого катализатора в первое отделение и подачей отработанного второго катализатора во второе отделение.
Варианты осуществления, раскрытые в настоящем описании, могут уменьшить изменения давления посредством перемещения отработанного второго катализатора из первого отделения в нижнее второе отделение устройства регенерации. В результате снижения возврата отработанного второго катализатора может быть получена дополнительная головка стояка для более точного соответствия перепада давления на других клапанах устройства.
Определения
1
2
3
n
В настоящем изобретении термин "поток" может означать поток, включающий различные углеводородные молекулы, такие как прямые или разветвленные или циклические алканы, алкены, алкадиены и алкины, и, необязательно, другие вещества, такие как газы, например водород, или примеси, такие как тяжелые металлы, а также соединения серы и азота. Поток также может включать ароматические и неароматические углеводороды. Кроме того, молекулы углеводорода могут обозначаться сокращенно С, С, С… C, где "n" представляет собой число атомов углерода в одной или нескольких углеводородных молекулах. Кроме того, "поток" может включать другие газы вместо углеводородных молекул, такие как кислород и воздух.
В настоящем изобретении термин «зона» может относиться к области, включающей один или несколько элементов оборудования и/или одну или несколько подзон. Элементы оборудования могут включать один или несколько реакторов или корпусов реактора, обогревателей, теплообменников, труб, насосов, компрессоров и контроллеров. Кроме того, элемент оборудования, такой как реактор, сушилка или емкость, может дополнительно включать одну или несколько зон или подзон.
В настоящем изобретении термин «обогащенный» может означать количество обычно по меньшей мере 50 мол. %, предпочтительно 70 мол. % соединения или класса соединений в потоке.
В настоящем изобретении термин "по существу" может означать количество обычно по меньшей мере 80 мол. %, предпочтительно 90 мол. % и оптимально 99 мол. % соединения или класса соединений в потоке.
В настоящем изобретении термин "катализатор" может означать один катализатор или смесь катализаторов. Кроме того, термины "первый катализатор" и "второй катализатор" могут означать один тип катализатора или смесь катализаторов, таких как смесь цеолита ZSM-5 и Y-цеолита. Вообще, термины "первый катализатор" и "второй катализатор" отсылают к месту, источнику или назначению катализатора, например к первому стояк-реактору и второму стояк-реактору, а не к типу самого катализатора.
В настоящем изобретении термин "массовый процент" может быть обозначен сокращенно "мас. %".
В настоящем изобретении термин "крекинг с псевдоожиженным катализатором" может быть обозначен сокращенно "FCC".
В настоящем изобретении все давления являются абсолютными и выражены в килопаскалях, которые могут обозначаться "кПа".
В настоящем изобретении термин "стояк-реактор", в основном, означает реактор, используемый в крекинге с псевдоожиженным катализатором, который может включать стояк, реакционный сосуд и зону сепарации. Как правило, такой реактор может включать подачу катализатора в нижнюю часть стояка, прохождение катализатора в реакционный сосуд, имеющий механизм для отделения катализатора от углеводорода.
Как показано, линии технологических потоков на фигуру могут взаимозаменяемо называться, например, линиями, трубами, подачей, продуктами или потоками.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлено схематическое изображение примера устройства крекинга с псевдоожиженным катализатором.
Подробное описание
Как показано на чертеже, пример установки крекинга с псевдоожиженным катализатором 100 может включать первый стояк-реактор 200, второй стояк-реактор 300 и устройство регенерации 400. Обычно первый стояк-реактор 200 может включать первый стояк 220, заканчивающийся в первом реакторе 240. В первый стояк 220 может подаваться сырье 210, которое может иметь интервал кипения 180-800°С. Обычно сырье 210 может быть по меньшей мере одним из газойля, вакуумного газойля, атмосферного газойля и атмосферного мазута. В альтернативном варианте сырье 210 может быть по меньшей мере одним из тяжелого рециклового газойля и суспензией нефтепродукта. Обычно сырье 210 может быть свежим сырьем или может включать поток рецикла, например из зоны отделения продукта, имеющей одну или несколько ректификационных колонн.
Обычно сырье 210 может подаваться на любой подходящей высоте первого стояка 220, как правило выше транспортирующего газа, подаваемого в нижней части первого стояка 220. Сырье 210 при необходимости может подаваться на расстоянии, достаточном для обеспечения хорошего диспергирования восходящего потока сырья и/или катализатора. Хотя это и не изображено, в нижней части первого стояка 220 может также находиться смесительная камера. Пример смесительной камеры раскрыт, например, в US 5,451,313. Катализатор может быть отправлен на рецикл для увеличения отношения катализатора к нефти по линии 230 из второго реакционного сосуда 240.
Катализатор может быть одним катализатором или смесью различных катализаторов. Обычно катализатор включает два компонента, а именно первый компонент и второй компонент. Такая каталитическая смесь раскрыта, например, в US 7,312,370 и US 2010/0236980.
Обычно первый компонент может включать любой из катализаторов, используемых в области FCC, такой как катализатор типа активной аморфной глины и/или высокоактивные кристаллические молекулярные сита. Цеолиты могут использоваться в качестве молекулярных сит в процессах FCC. Первый компонент предпочтительно включает цеолит с большими порами, такой как цеолит Y-типа, материал активного оксида алюминия, материал связующего, включающий диоксид кремния или оксид алюминия, и инертный наполнитель, такой как каолин.
Второй компонент может включать носитель или цеолитный катализатор с меньшими порами, такой как цеолит MFI, примером которого является по меньшей мере один из ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48 и другие аналогичные материалы. Другие подходящие цеолиты со средними или меньшими порами включают ферриерит и эрионит. Предпочтительно, второй компонент включает цеолит со средними или меньшими порами, диспергированный в матрице, включающей материал связующего, такой как оксид кремния или оксид алюминия, и инертный наполнитель, такой как каолин. Второй компонент может также включать некоторые другие активные материалы, такие как бета-цеолит. Предпочтительно, по меньшей мере один из первого и/или второго компонента является цеолитом MFI, имеющим любое подходящее отношение кремния к алюминию, например отношение кремния к алюминию более 15.
Общее количество смеси в первом стояк-реакторе 200 может содержать 1-25 мас. % второго компонента, а именно кристаллического цеолита с размером пор от среднего до малого, предпочтительно 1,75 мас. % или более второго компонента. Первый компонент может включать остаток композиции катализатора.
Обычно первое сырье 210 и первый катализатор или смесь катализаторов могут подаваться непосредственно вблизи от нижней части первого стояка 220. Обычно температура первого сырья 210 составляет 140-320°С. Кроме того, дополнительное количество сырья также может быть введено дальше по технологическому потоку от начальной точки ввода сырья.
Кроме того, первый стояк-реактор 200 может работать при низком парциальном давлении углеводорода в одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Обычно низкое парциальное давление углеводородов может облегчать получение легких олефинов. Соответственно, давление в первом стояке 220 может составлять 170-450 кПа с парциальным давлением углеводородов 35-180 кПа, предпочтительно 70-140 кПа. Относительно низкое парциальное давление углеводородов может быть достигнуто с использованием пара или сухого газа в качестве разбавителя для достижения эквивалентного парциального давления углеводородов.
Один или несколько углеводородов и катализатор поднимаются в реакционный сосуд 240, перерабатывающий первое сырье 210. Обычно сырье 210 реагирует в первом стояке 220 с образованием одного или нескольких продуктов. Первый стояк 220 может работать при любой подходящей температуре, и обычно работает при температуре 150-580°С, предпочтительно 520-580°С. Примеры стояков раскрыты, например, в US 5,154,818 и US 4,090,948.
Затем катализатор может отделяться с использованием любого подходящего устройства, такого как вращающиеся лопасти 254, находящиеся в корпусе 250, и оседать в нижней части первого реакционного сосуда 240. Кроме того, первый реакционный сосуд 240 может включать устройства отделения, такие как один или несколько циклонных сепараторов 258 для дальнейшего отделения продуктов из частиц катализатора. Стойки могут опускать катализатор вниз к основанию первого реакционного сосуда 240, где отверстия могут обеспечивать ввод отработанного катализатора в плотный слой катализатора. Примеры устройства разделения и вращающихся лопастей раскрыты, например, в US 7,312,370 В2. Катализатор может проходить через зону десорбции, где абсорбированные углеводороды могут быть удалены с поверхности катализатора путем контакта с противотоком пара. Пример зоны десорбции раскрыт, например, в US 7,312,370 В2. После этого катализатор может быть регенерирован путем подачи по линии 270 в устройство регенерации 400. Регенерированный катализатор может быть возвращен в стояк 220 по линии 280.
Один или несколько продуктов, выходящих из зоны разделения, могут подаваться в нагнетательную камеру 260 реакционного сосуда 240. Обычно получаются продукты, включающие пропен и бензин. После этого поток продукта 214 может подаваться из первого реакционного сосуда 240 для дальнейшей переработки, например в зону разделения продукта, имеющую одну или большее число дистилляционных колонн. Такие зоны раскрыты, например, в US 3,470,084. Обычно зона разделения продукта может давать несколько продуктов, таких как пропен и бензин.
Второй стояк-реактор 300, включающий второй стояк 320 и второй реакционный сосуд 340, может получать сырье 310, которое может быть таким же, что и сырье 210, или может отличаться от него. Кроме того, также могут быть использованы один второй катализатор или смесь катализаторов, как описано выше. Первый катализатор и второй катализатор могут быть одинаковыми или различными. Часто второй стояк-реактор 300 может включать стояк 320, заканчивающийся в реакционном сосуде 340.
4
10
В одном предпочтительном варианте осуществления сырье 310 может быть одним или несколькими из С-С алкенов. Сырье 310 может быть по меньшей мере частично получено из потока продукта 214, обычно после дальнейшей переработки, например фракционированием. Обычно сырье 310 может подаваться во второй стояк 320 выше, чем транспортирующий газ, такой как пар и/или легкие углеводороды. Обычно температура сырья 310 на вводе второго стояка 320 может составлять 120-600°С. Обычно температура сырья 310 должна быть по меньшей мере выше температуры кипения компонентов. В противном случае сырье 310 может подаваться непосредственно во второй стояк 320 с катализатором, возвращаемым на рецикл для повышения отношения катализатора к нефти из второго реакционного сосуда 340 по линии 330.
Второй стояк-реактор 300 может работать при повышенной температуре, предпочтительно при температуре 560-620°. Обычно в нижней части второго стояка 320 может быть предусмотрена камера, которая может получать катализатор. Такая камера смешивания раскрыта, например, в US 5,451,313.
Обычно второй реакционный сосуд 340 может содержать катализатор, предпочтительно цеолит ZSM-5, и, необязательно, другой катализатор, предпочтительно Y-цеолит. Предпочтительно, катализатор во втором реакционном сосуде 340 имеет тот же тип, что и в первом реакционном сосуде 240.
Второй стояк 320 может работать в любых подходящих условиях, таких как температура 425-705°С, предпочтительно 560-620°С, и давление 170-450 кПа, предпочтительно 200-250 кПа. Обычно время пребывания во втором стояке 320 может быть менее 4 секунд, предпочтительно менее 3,5 секунд. Примеры стояков и/или рабочие условия описаны, например, в US 2008/0035527 А1 и US 7,261,807 В2.
Обычно сырье 310 и катализатор могут подниматься во второй реакционный сосуд 340, и катализатор и углеводородные продукты могут разделяться с использованием любого подходящего устройства, такого как вращающиеся лопасти 354. Углеводородные продукты могут подниматься внутри корпуса 350 и входить в камеру нагнетания 360. После этого продукты могут выходить в виде потока продукта 314, включающего этилен и/или пропилен. Частицы катализатора вместе с некоторыми углеводородами могут входить в по меньшей мере один циклонный сепаратор 358 для дальнейшего разделения катализатора и углеводородов. Частицы катализатора падают в плотный слой катализатора внутри второго реакционного сосуда 340.
Второй катализатор может подаваться непосредственно в зону разделения для отделения потока и последующей регенерации, как описано выше. Отработанный катализатор может подаваться по линии 370 в устройство регенерации 400 и возвращаться по линии 380.
Устройство регенерации 400 может включать первое отделение 420 и второе отделение 440, разделенные стенкой или перегородкой 430. Первое отделение 420 может включать один или несколько циклонных сепараторов 450 и этот пример осуществления может включать один набор двухступенчатых циклонов 450, хотя может быть использовано любое подходящее число. Устройство регенерации 400 может получать воздушный поток 404 вблизи второго отделения 440, которое может содержать регенерированный катализатор. Обычно второе отделение 440 работает с избытком кислорода, и обедненный по кислороду газ может проходить вверх по трубам 432, закрытым соответствующими крышками 434, в первое отделение 420. Дополнительный воздух может подаваться в первое отделение 420. Первое отделение 420 работает в условиях частичного сжигания с потоком дымовых газов 460, выходящим из верхней части устройства регенерации 400. Катализатор может проходить из первого отделения 420 по внешнему трубопроводу 438, содержащему клапан 448, во второе отделение 440. После этого регенерированный катализатор может быть подан в первый стояк 220 по линии 280 и во второй стояк 320 по линии 380.
Устройство регенерации 400 может работать в любых подходящих условиях, например при температуре 600-800°С и давлении 160-650 кПа. Другие примеры устройства регенерации раскрыты, например, в US 7,312,370 В2 и 7,247,233 В1.
Относительно передачи катализатора в устройство и из устройства регенерации 400, линия 270 может называться первой линией 270, линия 280 может называться второй линией 280, линия 370 может называться третьей линией 370, и линия 380 может называться четвертой линией 380. Обычно первая линия 270 и третья линия 370 соединены с соответствующими десорбционными зонами, соответственно первого реакционного сосуда 240 и второго реакционного сосуда 340 для передачи отработанного катализатора. Обычно первая линия 270 подает катализатор в первое отделение 420, а третья линия 370 подает катализатор во второе отделение 440 устройства регенерации 400. Вторая линия 280 и четвертая линия 380 соединены со вторым отделением 440 для подачи катализатора в соответствующие стояки 220 и 320 для подачи регенерированного катализатора. Часто каждая из линий 270, 280, 370 и 380 содержит соответствующие клапаны 274, 284, 374 и 384.
Обычно каждый клапан 274, 284, 374 и 384 имеет приемник статического давления, создающий перепад давлений на клапане. В качестве примера, клапан 274 может иметь давление 300-350 кПа в первом стояк-реакторе 200 или на стороне впуска, и давление 250-300 кПа в устройстве регенерации 400 или на стороне выпуска. Аналогичным образом, клапан 284 может иметь давление 350-400 кПа в устройстве регенерации 400 или на стороне впуска и давление 300-350 кПа в первом стояк-реакторе 200 или на стороне выпуска. Аналогичным образом, клапан 374 может иметь давление 400-450 кПа во втором стояк-реакторе 300 или на стороне впуска и давление 300-350 кПа в устройстве регенерации 400 или на стороне выпуска; и клапан 384 может иметь давление 350-400 кПа в устройстве регенерации 400 или на стороне выпуска и давление 250-300 кПа во втором стояк-реакторе 300 или на стороне выпуска. Обычно разность давлений на каждом клапане 274, 284, 374 и 384 по сравнению с другими клапанами сводится к минимуму, так чтобы стандартное отклонение перепада давлений на всех четырех клапанах было минимальным.
Часто выход 378 линии 370 может находиться в непосредственной близости от входа 382 линии 380, расположенного по втором отделении 440 устройства регенерации 400. Хотя обозначены только выход 378 и вход 382 линий 370 и 380, соответственно, линии 270, 280, 370 и 380 также имеют входы и выходы. Поскольку второй стояк-реактор 300 дает минимальное количество кокса, целесообразно направить отработанный катализатор из первого отделения 420 во второе отделение 440. Обычно второй стояк-реактор 300 перерабатывает более легкое сырье, требующее менее жестких условий получения продуктов. Стандартное отклонение перепада давления на всех четырех клапанах 274, 284, 374 и 384 составляет не более 20 кПа или 10 кПа.
Иллюстративный вариант осуществления
Следующие примеры предназначены для дополнительной иллюстрации обсуждаемого устройства крекинга с псевдоожиженным катализатором. Эти иллюстративные варианты осуществления изобретения не предназначены для ограничения объема притязаний по настоящему изобретению конкретными деталями этих примеров. Эти примеры основаны на инженерных расчетах и практике работы с аналогичными процессами.
Один пример устройства крекинга с псевдоожиженным катализатором может иметь два стояк-реактора, соединенных с устройством регенерации. В частности, две линии (совместно содержащие клапаны 1 и 3) могут подавать катализатор из соответствующих десорбционных зон стояк-реакторов в первое отделение устройства регенерации. Две линии (совместно содержащие клапаны 2 и 4) могут подавать регенерированный катализатор из второго отделения устройства регенерации в соответствующие стояки стояк-реакторов. Каждая линия может содержать соответствующий клапан. Давление в каждом стояк-реакторе составляет 239 кПа, а давление в устройстве регенерации составляет 281 кПа. В таблице 1 представлены давления на клапанах:
Сумма разностей для клапанов 1-4 составляет 205 кПа, среднее значение 51 кПа при стандартном отклонении 26 кПа. Стандартное отклонение вычисляется по формуле:
где x представляет наблюдаемое значение;
<mrow><mover accent="true"><mi>x</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
является средним наблюдаемых значений; и
n является числом наблюдаемых значений.
Другой пример устройства крекинга с псевдоожиженным катализатором может иметь два стояк-реактора, соединенных с устройством регенерации. В частности, две линии могут подавать катализатор из стояк-реакторов из их соответствующих десорбционных зон в первое и второе отделения устройства регенерации. Две линии могут подавать регенерированный катализатор из второго отделения устройства регенерации в соответствующие стояки. Каждая линия может содержать соответствующий клапан. Этот пример устройства крекинга с псевдоожиженным катализатором изображен на фигуре. Давление в каждом стояк-реакторе составляет 239 кПа, а давление в устройстве регенерации составляет 281 кПа. В таблице 2 представлены давления на клапанах:
Сумма разностей для клапанов 274, 284, 374 и 384 составляет 261 кПа, среднее значение 65 кПа со стандартным отклонением 17 кПа. Это уменьшение стандартного отклонения перепада давлений на всех четырех клапанах может привести к более равномерному износу клапанов. Этого можно достичь путем увеличения давления на клапане 374 на линии 370, перемещая выход 378 линии 370 из первого отделения 420 во второе отделение 440 устройства регенерации 400. Таким образом, давление линии 370 может быть увеличено за счет увеличения длины трубы над клапаном 374. Это увеличение давления на стороне впуска клапана 374 может увеличить перепад давления на клапане 374, чтобы он больше соответствовал перепадам давления на трех остальных клапанах 274, 284 и 384. По этой причине техническое обслуживание может выполняться для всех четырех клапанов в ходе одного отключения, в отличие от случаев, когда приходится отключать установку при износе отдельного клапана.
Опуская дальнейшие пояснения, авторы изобретения полагают, что специалист в данной области техники может с использованием вышеизложенного описания применять настоящее изобретение на практике в его полном объеме. Таким образом, предшествующие предпочтительные конкретные варианты осуществления должны восприниматься только как иллюстративные, но не как ограничивающие каким-либо образом остальное раскрытие.
В вышеизложенном описании все температуры приведены в градусах Цельсия и все части и проценты являются массовыми, если не указано иное.
Из вышеприведенного описания специалист в данной области техники может легко выявить существенные признаки настоящего изобретения и, не отступая от сущности и объема притязаний по настоящему изобретению, осуществить различные изменения и модификации изобретения, чтобы приспособить его к различным областям и условиям применения.