СПОСОБ И СИСТЕМА РИФОРМИНГА НАФТЫ
METHOD AND SYSTEM FOR REFORMING NAPHTHA

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Нет.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
В целом, настоящее изобретение относится к системе и способу для проведения процесса каталитического риформинга нафты. Более конкретно, настоящее изобретение относится к работе реактора в условиях изотермического риформинга нафты в процессе каталитического риформинга нафты.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Типичные процессы каталитического риформинга нафты можно осуществлять с применением различных реакторов, содержащих катализаторы риформинга нафты. Процесс риформинга нафты включает целый ряд реакций, которые обычно проводят в присутствии катализатора, таких как дегидроциклизация, гидродециклизация, изомеризация, гидрирование, дегидрирование, гидрокрекинг, крекинг и т.д. Реакции риформинга нафты предназначены для превращения парафинов, нафтенов и олефинов, присутствующих в нафте, в ароматические соединения и водород. В общем случае, для процессов риформинга нафты предпочтительными являются адиабатические реакторы, несмотря на то, что для достижения необходимой степени превращения и селективности в процессе риформинга нафты, как правило, требуется несколько последовательно работающих адиабатических реакторов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предложен способ, включающий введение потока углеводородного сырья в первый реактор, работающий в условиях адиабатического риформинга нафты, при этом указанный первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты, и при этом поток углеводородного сырья содержит конвертируемый углеводород; превращение в первом реакторе по меньшей мере части конвертируемого углеводорода в потоке углеводородного сырья в ароматический углеводород с получением выходящего потока первого реактора; прохождение выходящего потока первого реактора из первого реактора во второй реактор, работающий в условиях изотермического риформинга нафты, при этом указанный второй реактор содержит второй катализатор риформинга нафты, и при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными; превращение во втором реакторе по меньшей мере дополнительной части конвертируемого углеводорода в выходящем потоке первого реактора в дополнительное количество ароматического углеводорода с получением выходящего потока второго реактора; и извлечение выходящего потока второго реактора из второго реактора.
Кроме того, в настоящем документе описана реакторная система, содержащая первый реактор, содержащий первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие, при этом указанный первый реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве адиабатического реактора, и при этом первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты; и второй реактор, содержащий второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, при этом второе впускное отверстие сообщается по текучей среде с первым выпускным отверстием первого реактора, при этом второй реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве изотермического реактора, при этом указанный второй реактор содержит второй катализатор риформинга нафты, и при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными.
Кроме того, в настоящем изобретении предложена реакторная система, содержащая множество адиабатических реакторов, при этом каждый адиабатический реактор из множества адиабатических реакторов содержит первый катализатор риформинга нафты; подающий коллектор, соединенный по текучей среде с по меньшей мере одним из множества адиабатических реакторов посредством одной или более линий подачи; промежуточный продуктовый коллектор, соединенный по текучей среде с по меньшей мере одним из множества адиабатических реакторов посредством одной или более продуктовых линий; один или более изотермических реакторов, соединенных по текучей среде с промежуточным продуктовым коллектором посредством одной или более впускных линий, при этом один или более изотермических реакторов содержат второй катализатор риформинга нафты, и при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными; и коллектор для выходящего потока, соединенный по текучей среде с одним или более изотермическими реакторами посредством одной или более отводящих линий, при этом формируется последовательная траектория движения потока из подающего коллектора через один или более из множества адиабатических реакторов, через промежуточный продуктовый коллектор, через по меньшей мере один из одного или более изотермических реакторов в коллектор для выходящего потока.
Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ, включающий введение потока углеводородного сырья в первый реактор, работающий в условиях адиабатического риформинга нафты, при этом указанный первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты, и при этом поток углеводородного сырья содержит конвертируемый углеводород; превращение в первом реакторе по меньшей мере части конвертируемого углеводорода в потоке углеводородного сырья в ароматический углеводород с получением выходящего потока первого реактора; прохождение выходящего потока первого реактора из первого реактора во второй реактор, работающий в условиях изотермического риформинга нафты, при этом указанный второй реактор содержит второй катализатор риформинга нафты, и при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными; превращение во втором реакторе по меньшей мере дополнительной части конвертируемого углеводорода в выходящем потоке первого реактора в дополнительное количество ароматического углеводорода с получением выходящего потока второго реактора; и извлечение выходящего потока второго реактора из второго реактора, при этом количество первого катализатора риформинга нафты в первом реакторе меньше количества второго катализатора риформинга нафты во втором реакторе.
Кроме того, в настоящем изобретении предложена реакторная система риформинга нафты, содержащая первый реактор, содержащий первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие, при этом указанный первый реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве адиабатического реактора, и при этом первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты; и второй реактор, содержащий второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, при этом второе впускное отверстие сообщается по текучей среде с первым выпускным отверстием первого реактора, при этом указанный второй реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве изотермического реактора, и при этом второй реактор содержит множество трубок, расположенных внутри реакторной печи, источник тепла, выполненный с возможностью нагревания внутренней части реакторной печи; и второй катализатор риформинга нафты, расположенный внутри указанного множества трубок, при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными.
Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ, включающий введение потока углеводородного сырья в реактор с радиальным потоком, работающий в условиях адиабатического риформинга нафты, при этом указанный реактор с радиальным потоком содержит первый катализатор риформинга нафты, и при этом указанный поток углеводородного сырья содержит конвертируемый углеводород; превращение в реакторе с радиальным потоком по меньшей мере части конвертируемого углеводорода в потоке углеводородного сырья в ароматический углеводород с получением выходящего потока первого реактора; прохождение выходящего потока первого реактора из реактора с радиальным потоком во второй реактор, работающий в условиях изотермического риформинга нафты, при этом указанный второй реактор содержит множество трубок, расположенных внутри реакторной печи, и второй катализатор риформинга нафты, расположенный внутри указанного множества трубок, и при этом множество трубок расположены параллельно между впускным отверстием и выпускным отверстием реакторной печи; прохождение выходящего потока первого реактора через множество трубок внутри второго реактора; превращение во втором реакторе по меньшей мере дополнительной части конвертируемого углеводорода в выходящем потоке первого реактора в дополнительное количество ароматического углеводорода с получением выходящего потока второго реактора, при этом во время такого превращения внутри реакторной печи нагревают множество трубок; и извлечение выходящего потока второго реактора из второго реактора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 представляет собой блок-схему одного из вариантов реализации процесса риформинга нафты согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему другого варианта реализации процесса риформинга нафты согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему еще одного варианта реализации процесса риформинга нафты согласно настоящему изобретению.
Фиг. 4 представляет собой блок-схему еще одного варианта реализации процесса риформинга нафты согласно настоящему изобретению.
Фиг. 5А представляет собой блок-схему еще одного варианта реализации процесса риформинга нафты согласно настоящему изобретению.
Фиг. 5В представляет собой блок-схему еще одного варианта реализации процесса риформинга нафты согласно настоящему изобретению.
Фиг. 6А представляет собой схему варианта реализации слоя отсортированного катализатора согласно настоящему изобретению.
Фиг. 6В представляет собой схему другого варианта реализации слоя отсортированного катализатора согласно настоящему изобретению.
Фиг. 7А представляет собой схему еще одного варианта реализации слоя отсортированного катализатора согласно настоящему изобретению.
Фиг. 7В представляет собой схему еще одного варианта реализации слоя отсортированного катализатора согласно настоящему изобретению.
Фиг. 8А представляет собой схему еще одного варианта реализации слоя отсортированного катализатора согласно настоящему изобретению.
Фиг. 8В представляет собой схему еще одного варианта реализации слоя отсортированного катализатора согласно настоящему изобретению.
Фиг. 9А представляет собой блок-схему еще одного варианта реализации процесса риформинга нафты согласно настоящему изобретению.
Фиг. 9В представляет собой блок-схему еще одного варианта реализации процесса риформинга нафты согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Реакторы риформинга, работающие в условиях изотермического риформинга нафты, могут обеспечить повышенную селективность и степень превращения риформинга нафты при одновременном обеспечении более низких скоростей дезактивации катализатора, чем скорости, определяемые в адиабатических реакторах. Однако процесс сильно эндотермического риформинга нафты усложняет поддержание изотермических условий по всему объему реактора (например, температурного профиля) в условиях изотермического риформинга нафты. Технологические схемы для поддержания профиля температуры реактора в изотермических реакторах, работающих в условиях каталитического риформинга нафты, часто включают дополнительные горелки в районе загрузочного входного отверстия во множество трубок составляющих изотермический реактор. Это должно компенсировать сильную эндотермичность, поскольку в начальных реакциях риформинга расходуются более легко конвертируемые соединения в потоке углеводородного сырья. Однако такой мощный тепловой поток от стенок трубок в районе входного конца множества трубок, составляющих изотермический реактор, приводит к применению конструкций, характеризующихся более высокими капитальными затратами вследствие использования более дорогостоящих металлических сплавов для трубок. Кроме того, мощный тепловой поток от стенок трубок усугубит любые эксплуатационные проблемы, связанные с неисправностями технологических установок. Указанные проблемы могут быть решены с помощью реакторной системы с большим количеством трубок. Однако дополнительные затраты и сложность такого решения не являются оптимальными в отношении проблемы, существенным образом влияющей на входной конец множества трубок, составляющих изотермический реактор. Проблема изотермических реакторов также состоит в повышенном перепаде давления в слое катализатора. Таким образом, существует постоянная потребность в интеграции изотермических реакторов в процессы риформинга нафты для повышения степени превращения и селективности при одновременном поддержании более низких температур стенок реакторных трубок и более низкого общего перепада давления.
В настоящем документе описаны системы, устройства и способы, связанные с проведением процесса риформинга нафты путем применения как адиабатических, так и изотермических реакторов. Согласно одному из вариантов реализации для проведения реакций риформинга нафты можно использовать множество реакторов, при этом указанные реакторы могут включать по меньшей мере один реактор, работающий в условиях адиабатического риформинга нафты, последовательно соединенный с по меньшей мере одним реактором, работающим в условиях изотермического риформинга нафты. Как, в общем, понятно, риформинг нафты или просто «реакция» риформинга обычно протекает внутри «реактора» риформинга нафты. Для целей описанного в настоящем документе изобретения «реакция риформинга» может протекать в любом подходящем реакторе риформинга нафты, описанном в настоящем документе, таком как, например, первый реактор, второй реактор, адиабатический реактор, изотермический реактор и т.д. Описанный в настоящем документе риформинг нафты представляет собой процесс превращения алифатических углеводородов, находящихся в потоке нафты, в ароматические углеводороды. Риформинг нафты относится не к одной, а к нескольким реакциям, которые протекают одновременно. Такие реакции риформинга нафты включают удаление водорода из циклоалканов и алкилциклоалканов, удаление водорода из алкилциклоалканов и изомеризацию алкилциклоалканов и удаление водорода из алифатических углеводородов и циклизацию алифатических углеводородов. Помимо перечисленных реакций могут происходить побочные реакции, в том числе деалкилирование алкилбензолов, изомеризация алифатических углеводородов и реакции гидрокрекинга, в результате которых получают легкие газообразные углеводороды, такие как метан, этан, пропан и бутан.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может включать (i) введение потока углеводородного сырья в первый реактор с получением выходящего потока первого реактора, при этом указанный первый реактор работает в условиях адиабатического риформинга нафты, и при этом первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты; (ii) прохождение выходящего потока первого реактора из первого реактора во второй реактор с получением выходящего потока второго реактора, при этом указанный второй реактор работает в условиях изотермического риформинга нафты, и при этом указанный второй реактор содержит второй катализатор риформинга нафты; и (iii) извлечение выходящего потока второго реактора из второго реактора.
Согласно одному из вариантов реализации поток углеводородного сырья содержит конвертируемый углеводород. В настоящем документе «поток углеводородного сырья» или «поток углеводородов» включает углеводороды, хотя в таком потоке могут присутствовать компоненты, отличные от молекул, содержащих водород и углерод (например, газообразный водород). Для целей описанного в настоящем документе изобретения термины «поток углеводородного сырья» и «поток углеводородов» могут применяться взаимозаменяемо и относиться к углеводороду, введенному (например, загруженному) в реактор, такой как первый реактор. Согласно некоторым вариантам реализации «углеводород» может включать отдельные молекулы, содержащие один или более атомов, отличных от водорода и углерода (например, азот, кислород и т.д.).
6
8
5
5
9
9
-
+
Различные виды сырьевых материалов могут подходить для применения в процессах риформинга нафты и в общем случае содержат неароматические углеводороды. Исходное сырье (например, поток углеводородного сырья), подаваемое в систему риформинга нафты, содержащую систему ароматизации, может представлять собой смесь углеводородов, содержащую С-С углеводороды, содержащие до примерно 10% масс, или альтернативно до примерно 15% масс. С и более легких углеводородов (C); и содержащую до примерно 10% масс. С и более тяжелых углеводородов (C). Подходящие сырьевые материалы включают потоки углеводородного сырья, кипящие в диапазоне температур от примерно 70°F (21°С) до примерно 450°F (232°С) или альтернативно от примерно 120°F (49°С) до примерно 400°F (204,5°С). Согласно одному из вариантов реализации содержание серы в потоке углеводородного сырья может составлять менее примерно 200 частей на миллиард по массе (ppbw), альтернативно менее примерно 100 ppbw, альтернативно менее примерно 50 ppbw или альтернативно от примерно 10 ppbw до примерно 100 ppbw. Примеры подходящих сырьевых материалов включают прямогонные нафты, полученные в результате нефтепереработки, или их фракции, которые были подвергнуты гидроочистке для удаления серы и других каталитических ядов. Также подходящими являются синтетические нафты или фракции нафты, полученные из других источников, таких как уголь, природный газ, углеводороды биологического происхождения, или из таких процессов, как процессы Фишера-Тропша, жидкостные каталитические крекинги и гидрокрекинг.
Конвертируемый углеводород может включать углеводороды, содержащие шесть или семь атомов углерода без внутреннего четвертичного атома углерода, или углеводороды, содержащие шесть атомов углерода без двух соседних внутренних третичных атомов углерода, или их смеси. Конвертируемые углеводороды могут включать метилпентаны, метилгексаны, диметилпентаны или их смеси, и/или конвертируемые компоненты могут включать по меньшей мере одно соединение, выбранное из 2-метилпентана, 3-метилпентана, 2,4-диметилпентана, 2,3-диметилпентана, н-гексана, 2-метилгексана, 3-метилгексана, н-гептана, или их смеси. Поток сырья может содержать от примерно 0,1% масс, до примерно 100% масс, сильно разветвленных углеводородов. Конвертируемые углеводороды легко превращаются в ароматические продукты без образования легких углеводородов.
Поток углеводородного сырья может содержать сильно разветвленные углеводороды, содержащие шесть или семь атомов углерода с внутренним четвертичным атомом углерода, или углеводороды, содержащие шесть атомов углерода и два соседних внутренних третичных атома углерода, или их смеси. Сильно разветвленные углеводороды могут включать диметилбутаны, триметилбутаны, диметилпентаны или их смеси. Сильно разветвленные углеводороды с шестью или семью атомами углерода с внутренним четвертичным атомом углерода могут включать, например, 2,2-диметилбутан, 2,2-диметилпентан, 3,3-диметилпентан и 2,2,3-триметилбутан или их смеси. Сильно разветвленные углеводороды с шестью атомами углерода и соседним внутренним третичным атомом углерода могут включать 2,3-диметилбутан. Сильно разветвленные углеводороды не подвергаются селективному превращению в ароматические продукты и вместо этого обычно превращаются в легкие углеводороды.
«Ароматический углеводород» представляет собой соединение, содержащее систему циклически сопряженных двойных связей, которая соответствует правилу Хюккеля (4n+2) и содержит (4n+2) пи-электронов, где n представляет собой целое число от 1 до 5. Ароматические соединения включают «арены» (например, бензол, толуол и ксилол) и «гетероарены» (гетероароматические соединения, формально полученные из аренов путем замены одного или более метановых (-С=) углеродных атомов в системе циклически сопряженных двойных связей на трехвалентные или двухвалентные гетероатомы таким образом, чтобы сохранить сплошную пи-электронную систему, характерную для ароматической системы, и количество не лежащих в плоскости пи-электронов, соответствующее правилу Хюккеля (4n+2)). Как описано в настоящем документе, термин «замещенный» может быть использован для описания ароматического углеводорода, арена или гетероарена, при этом в таком соединении неводородный фрагмент формально заменяет атом водорода, и не предназначен для ограничения, если не указано иное.
В настоящем документе термин «алкан» относится к насыщенному углеводородному соединению. Можно использовать и другие идентификаторы для указания на присутствие в алкане конкретных групп, если таковые имеются (например, галогенированный алкан указывает на присутствие одного или более атомов галогена, замещающих эквивалентное количество атомов водорода в алкане). В настоящем документе термин «алкильная группа» применяют в соответствии с определением, данным IUPAC: одновалентная группа, образованная путем удалением из алкана атома водорода. Алкан или алкильная группа могут быть линейными или разветвленными, если не указано иное.
«Циклоалкан» представляет собой насыщенный циклический углеводород с боковыми цепями или без них, например, циклобутан, циклопентан, циклогексан, метилциклопентан и метил циклогексан. Можно использовать и другие идентификаторы для указания на присутствие в циклоалкане конкретных групп, если таковые имеются (например, галогенированный циклоалкан указывает на присутствие одного или более атомов галогена, замещающих эквивалентное количество атомов водорода в циклоалкане).
Согласно некоторым вариантам реализации поток углеводородного сырья может дополнительно содержать водород, поскольку в процессе риформинга нафты обычно применяют дополнительное количество водорода, введенного в реакторы риформинга (хотя водород образуется во время процесса риформинга). Водород можно вводить в виде свежего водорода в потоки углеводородного сырья, поступающие в реактор риформинга, или его можно извлекать из выходящих потоков реактора и возвращать обратно в реактор(ы) риформинга.
Согласно некоторым вариантам реализации поток углеводородного сырья может дополнительно содержать оксигенаты и/или нитрогенаты. Согласно одному из аспектов поток углеводородного сырья первоначально по существу не содержит оксигенатов и нитрогенатов. Согласно таким аспектам оксигенат, нитрогенат или и то и другое можно добавлять к одному или более технологическим потокам и/или компонентам в системе риформинга нафты, описанной в настоящем документе.
В настоящем документе термин «оксигенат» относится к воде или любому химическому соединению, которое образует воду в условиях риформинга нафты, такому как кислород, кислородсодержащие соединения, пероксид водорода, спирты, кетоны, сложные эфиры, простые эфиры, диоксид углерода, альдегиды, карбоновые кислоты, лактоны, озон, монооксид углерода или их комбинации. Согласно одному из вариантов реализации в качестве оксигената используют воду и/или пар. Согласно другому варианту реализации в качестве оксигената можно использовать кислород, при этом такой кислород превращается в реакционной смеси в воду в одном или более реакторах риформинга нафты в типичных условиях риформинга нафты. Кроме того, оксигенат может представлять собой любое спиртосодержащее соединение. Неограничивающие примеры спиртосодержащих соединений, подходящих для применения в настоящем изобретении, включают метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол, трет-бутанол, пентанол, амиловый спирт, гексанол, циклогексанол, фенол или их комбинации. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, наличие оксигената приводит к присутствию определенного количества воды в одном или более реакторах риформинга нафты во время процесса риформинга нафты. Присутствие определенного количества воды в реакторе риформинга нафты может активировать катализатор риформинга нафты или улучшить его производительность.
Согласно одному из вариантов реализации воду (например, добавленную воду и/или полученную воду) можно ввести в реактор риформинга нафты в количестве менее примерно 1000 ppm, альтернативно менее примерно 100 ppm, альтернативно менее примерно 50 ppm, альтернативно от примерно 0,1 до примерно 50 ppm, альтернативно от примерно 0,5 до примерно 25 ppm, альтернативно от примерно 1 до примерно 20 ppm, альтернативно от примерно 2 до примерно 15 ppm или альтернативно от примерно 3 до примерно 10 ppm в расчете на объем потока углеводородного сырья.
В настоящем документе термин «нитрогенат» относится к аммиаку или любому химическому соединению, которое образует аммиак в условиях риформинга нафты, такому как азот, азотсодержащие соединения, алкиламины, ароматические амины, пиридины, пиридазины, пиримидины, пиразины, триазины, гетероциклические N-оксиды, пирролы, пиразолы, имадазолы, триазолы, нитрилы, амиды, мочевины, имиды, нитросоединения, нитрозосоединения или их комбинации. Не желая быть ограниченными теорией, полагают, что аммиак улучшит активность катализатора почти так же как вода.
Согласно одному из вариантов реализации аммиак (например, добавленный аммиак и/или полученный аммиак) можно ввести в реактор риформинга нафты в количестве менее примерно 1000 ppm, альтернативно менее примерно 100 ppm, альтернативно менее примерно 50 ppm, альтернативно от примерно 0,1 до примерно 50 ppm, альтернативно от примерно 0,5 до примерно 25 ppm, альтернативно от примерно 1 до примерно 20 ppm, альтернативно от примерно 2 до примерно 15 ppm или альтернативно от примерно 3 до примерно 10 ppm в расчете на объем потока углеводородного сырья.
Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, любой из оксигенатов, нитрогенатов или их смесей, описанных в настоящем документе, можно использовать по отдельности, в комбинации или дополнительно объединить с получением других подходящих оксигенатов или нитрогенатов. Согласно некоторым вариантам реализации оксигенат и нитрогенат могут содержаться в одной и той же бифункциональной смеси. Применение оксигенатов и/или нитрогенатов для улучшения производительности катализаторов риформинга более подробно описано в патентах США №№7932425; 8569555; и 8362310; каждый из которых в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки.
Для подготовки углеводородов к процессу риформинга нафты можно использовать различные предшествующие стадии предварительной обработки углеводородов. Например, для удаления каталитических ядов, таких как сера, можно использовать гидроочистку. Кроме того, приведение углеводородов в контакт с массивным никелевым катализатором, например, перед гидроочисткой и риформингом, также может защитить систему гидроочистки от поломки (например, от разрушения катализатора гидроочистки).
Согласно некоторым вариантам реализации поток углеводородного сырья можно обработать в предварительном реакторе перед введением указанного потока углеводородного сырья в первый реактор, при этом предварительный реактор может содержать слой с материалом, адсорбирующим серу, как далее будет более подробно описано в настоящем документе.
Согласно одному из вариантов реализации первый реактор может содержать первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие, при этом поток углеводородного сырья можно ввести в первый реактор через первое впускное отверстие, и при этом выходящий поток первого реактора можно извлечь из первого реактора через первое выпускное отверстие.
Согласно одному из вариантов реализации первый реактор может включать адиабатический реактор, при этом указанный первый реактор может содержать первый катализатор риформинга нафты, и при этом по меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья превращается в ароматические углеводороды в первом реакторе с получением выходящего потока первого реактора. В настоящем описании адиабатический реактор представляет собой любой реактор, работающий в условиях адиабатического риформинга нафты. В условиях адиабатического риформинга нафты не происходит передачи тепла через внешние стенки реактора или через внутренние поверхности теплопередачи. В условиях адиабатического риформинга нафты все тепло, необходимое реактору, поступает в реактор вместе с взаимодействующими веществами, в частности, потоком углеводородного сырья. Условия адиабатического риформинга нафты представляют собой условия реакции риформинга нафты, которые исключают теплообмен между реактором (например, реактором риформинга) и системой теплообмена. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, в адиабатическом реакторе может происходить некоторый теплообмен с окружающей его средой, при этом такой обмен не представляет собой «теплообмен», описанный в настоящем документе.
Согласно одному из вариантов реализации адиабатический реактор, применяемый в описанных в настоящем документе процессах, может представлять собой реактор любого обычного типа, который поддерживает катализатор внутри реактора и может вмещать непрерывный поток углеводорода. Адиабатическая реакторная система, описанная в настоящем документе, может включать систему с неподвижным слоем катализатора, систему с подвижным слоем катализатора, систему с псевдоожиженным слоем катализатора или их комбинации. Подходящие адиабатические реакторы могут включать, но не ограничиваются ими, реакторы с неподвижным слоем, в том числе реакторы с радиальным потоком, реакторы с барботируемым слоем или реакторы с кипящим слоем. Поток углеводородного сырья может проходить через адиабатический реактор снизу вверх, сверху вниз или в радиальном направлении.
Согласно одному из вариантов реализации первый реактор может включать реактор с радиальным потоком (например, адиабатический реактор с радиальным потоком). Согласно одному из вариантов реализации адиабатический реактор может включать реактор с неподвижным слоем и радиальным потоком. В общем случае, реактор с радиальным потоком представляет собой цилиндрический сосуд, содержащий внешнюю оболочку реактора и слой катализатора, расположенный внутри оболочки реактора. Реактор с радиальным потоком обычно содержит центральную трубу в центре реактора и внешнее кольцевое пространство, образованное скаллопами, при этом два скаллопа образуют кольцевой или радиальный слой, что заставляет газ проходить между центральной трубой и внешним кольцевым пространством, отделенным от внешней оболочки реактора указанными скаллопами. Реакторы с радиальным потоком могут представлять собой проточные реакторы центробежного (CF) типа, в которых газ подают в центральную трубу, при этом указанный газ проходит из центральной трубы наружу через кольцевой слой катализатора к внешнему кольцевому пространству; или проточные реакторы центростремительного (CP) типа, в которых газ подают во внешнее кольцевое пространство, при этом указанный газ проходит из внешнего кольцевого пространства вовнутрь через кольцевой слой катализатора к центральной трубе. Реакторы с радиальным потоком имеют большую площадь поперечного сечения потока на объем слоя катализатора и поэтому могут обеспечивать высокую производительность без увеличения скорости газа. Согласно некоторым вариантам реализации слой катализатора может быть относительно тонким и, следовательно, может проявлять низкий перепад давления.
2
3
Согласно одному из вариантов реализации первый реактор может содержать катализатор риформинга нафты (например, первый катализатор риформинга нафты). Для целей описанного в настоящем документе изобретения катализатор риформинга нафты относится к любому катализатору, подходящему для осуществления процесса риформинга нафты. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, подходящий катализатор риформинга нафты способен превращать по меньшей мере часть конвертируемых углеводородов, таких как алифатические, алициклические и/или нафтеновые углеводороды (например, неароматические углеводороды), в потоке углеводородного сырья в ароматические углеводороды. Любой катализатор, способный осуществлять реакции риформинга нафты, можно использовать в указанных реакторах по отдельности или в комбинации с дополнительными каталитическими материалами. Подходящие катализаторы риформинга нафты могут включать катализаторы риформинга нафты на основе оксида алюминия или цеолитные катализаторы риформинга нафты. Согласно одному из аспектов катализаторы риформинга нафты на основе оксида алюминия могут включать бифункциональный катализатор, такой как катализатор Pt/AlO. Согласно другому аспекту цеолитные катализаторы риформинга нафты могут содержать цеолитный катализатор риформинга, такой как связанный цеолит Pt/KL.
Согласно одному из вариантов реализации катализатор риформинга нафты представляет собой цеолитный катализатор риформинга нафты. Подходящий цеолитный катализатор риформинга нафты может включать связанный цеолитный носитель (например, цеолит, связанный диоксидом кремния), по меньшей мере один металл VIII группы, металл IB группы или их комбинации, и один или более галогенидов. Подходящие галогениды включают хлорид, фторид, бромид, йодид или их комбинации. Подходящие металлы VIII группы включают железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платину или их комбинации. Подходящие металлы группы IB включают медь, серебро, золото или их комбинации. Примерами катализаторов риформинга нафты, подходящими для применения с каталитическими реакторными системами, описанными в настоящем документе, являются катализаторы AROMAX (АРОМАКС), которые можно приобрести в компании Chevron Phillips Chemical Company LP, Вудлендс, Техас, а также катализаторы, описанные в патентах США №№6190539, 6812180, 7153801 и 8263518, каждый из которых в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки.
Согласно одному из вариантов реализации катализатор риформинга нафты может включать цеолитный катализатор риформинга нафты, например, катализатор риформинга нафты, содержащий металл VIII группы на цеолитном носителе. В общем случае, цеолитные катализаторы риформинга могут содержать любой неорганический оксид в качестве связующего вещества для цеолита. Цеолит в цеолитном катализаторе риформинга может включать связанные крупнопористые алюминосиликаты (цеолиты); и/или такие крупнопористые алюминосиликаты, как цеолит с эффективным диаметром пор примерно 7 ангстрем или более, которые могут включать, но не ограничиваются ими, L-цеолит (LTL), Y-цеолит, морденит, омега-цеолит, бета-цеолит, маззит (MAZ) и т.п.Подходящими связующими веществами являются неорганические оксиды, которые могут включать, но не ограничиваются ими, диоксид кремния, оксид алюминия, глины, диоксид титана и оксид магния. Согласно одному из вариантов реализации носитель включает связанный цеолитный носитель. Согласно одному из аспектов катализатор риформинга может представлять собой цеолит, связанный диоксидом кремния.
2
4
2
4
2
4
2
4
Катализатор риформинга может представлять собой бифункциональный катализатор риформинга, содержащий металлический компонент гидрирования-дегидрирования на неорганическом оксиде-носителе, который предоставляет кислотные центры для крекинга и изомеризации. Примеры подходящих неорганических оксидов-носителей для бифункциональных катализаторов риформинга включают один или более неорганических оксидов, таких как оксид алюминия, диоксид кремния, диоксид титана, оксид магния, диоксид циркония, оксид хрома, оксид тория, оксид бора, шпинели (например, MgAlO, FeAlO, ZnAlO, CaAlO) и синтетически полученные или природные глины и силикаты. Согласно некоторым аспектам неорганические оксиды-носители для бифункциональных катализаторов риформинга можно обрабатывать кислотой.
4
4
В общем случае термин «цеолит» относится к группе гидратированных кристаллических алюминосиликатов. Такие цеолиты содержат сетчатую структуру SiO и тетраэдры AlO, в которых атомы алюминия и кремния сшиты в трехмерный каркас посредством общих атомов кислорода. В таком каркасе мольное отношение атомов кислорода к общему количеству атомов алюминия и кремния может быть равно примерно 2. Указанный каркас имеет отрицательную электровалентность, которая обычно уравновешена включением в кристалл катионов, таких как металлы, щелочные металлы, щелочноземельные металлы или водород.
2/n
2
3
2
2
Цеолитные катализаторы риформинга нафты на основе цеолитных носителей, содержащих цеолиты L-типа, представляют собой подгруппу цеолитных катализаторов. Мольные отношения оксидов в типичных цеолитах L-типа соответствуют формуле: MO⋅AlO⋅xSiO⋅yHO, где «М» обозначает по меньшей мере один обменный катион, такой как барий, кальций, церий, литий, магний, калий, натрий, стронций и цинк, а также неметаллические катионы, такие как ионы гидрония и аммония, которые могут быть заменены на другие обменные катионы, не вызывая существенного изменения основной кристаллической структуры цеолита L-типа. «n» в приведенной формуле представляет собой валентность «М»; «х» равен 2 или более; и «у» представляет собой количество молекул воды, содержащихся в каналах или пустотах, сообщающихся с цеолитом. Было обнаружено, что особенно желательными являются связанные цеолитные носители, содержащие цеолиты калиевого L-типа или цеолиты KL. В настоящем документе термин «цеолит KL» относится к цеолитам L-типа, в которых основным катионом М, включенным в цеолит, является калий. Цеолит KL можно подвергать катионному обмену или пропитать другим металлом и одним или более галогенидами с получением пропитанного платиной галогенированного цеолита или катализатора на основе Pt-галогенида, нанесенного на цеолит KL.
Согласно одному из вариантов реализации по меньшей мере один металл VIII группы представляет собой платину. Согласно другому варианту реализации по меньшей мере один металл VIII группы представляет собой платину, и металл IB группы представляет собой золото. Согласно одному из вариантов реализации по меньшей мере один металл VIII группы представляет собой платину и рений. Платину и необязательно один или более галогенидов можно добавлять к цеолитному носителю любым подходящим способом, например, путем пропитки раствором платиносодержащего соединения и одного или более галогенсодержащих соединений. Например, платиносодержащее соединение может представлять собой любое разлагаемое платиносодержащее соединение. Примеры таких соединений включают, но не ограничиваются ими, тетрахлороплатинат аммония, хлороплатиновую кислоту, нитрит диамминплатины (II), хлорид бис-(этилендиамин)платины (II), ацетилацетонат платины (II), дихлордиаммин платины, хлорид платины (II), гидроксид тетраамминплатины (II), хлорид тетраамминплатины и нитрат тетраамминплатины (II).
4
4
Согласно одному из вариантов реализации катализатор риформинга нафты содержит металл VIII группы на связанном цеолитном носителе и по меньшей мере одно соединение галогенида аммония. Соединение галогенида аммония может включать одно или более соединений, представленных формулой N(R)X, где X представляет собой галогенид, и где R представляет собой водород или молекулу, содержащую замещенную или незамещенную углеродную цепь и от 1 до 20 атомов углерода, где все R могут быть одинаковыми или разными. Согласно одному из вариантов реализации R выбирают из группы, состоящей из метила, этила, пропила, бутила и их комбинаций, более конкретно метила. Примеры подходящих соединений аммония представлены формулой N(R)X и включают хлорид аммония, фторид аммония и галогениды тетраалкиламмония, такие как хлорид тетраметиламмония, фторид тетраметиламмония, хлорид тетраэтиламмония, фторид тетраэтиламмония, хлорид тетрапропиламмония, фторид тетрапропиламмония, хлорид тетрабутиламмония, фторид тетрабутиламмония, хлорид метилтриэтиламмония, фторид метилтриэтиламмония и их комбинации.
Согласно одному из вариантов реализации катализатор риформинга нафты может содержать платину на связанном цеолитном носителе, такую как, например, платина на цеолите KL, связанном диоксидом кремния.
Катализатор риформинга нафты можно использовать в любой из форм и/или профилей, известных в данной области техники. Катализатор риформинга нафты можно использовать в любой требуемой форме катализатора. Требуемые формы включают шарики, пеллеты, гранулы, раздробленные фрагменты или экструдаты с любым профилем, известным в данной области техники. Катализатор риформинга нафты может быть расположен в реакционной зоне (например, в реакторе с неподвижным слоем или в реакторе с подвижным слоем), может быть расположен в каталитической зоне, при этом поток углеводородного сырья может проходить через указанные зоны в жидкой, паровой или смешанной фазе, и в восходящем или нисходящем потоке, или во входящем или выходящем потоке (например, радиальном потоке).
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать нагревание потока углеводородного сырья в первой печи перед введением указанного потока углеводородного сырья в первый реактор. В общем случае, первая печь может быть расположена перед первым реактором. Согласно одному из вариантов реализации первая печь может представлять собой технологический нагреватель, доводящий подаваемое сырье до температуры, необходимой для проведения предполагаемой реакции. В общем случае, технологический нагреватель (например, нагреватель прямого нагрева) может представлять собой теплообменник прямого нагрева, в котором используют горячие горючие газы для повышения температуры сырья, проходящего через одну или более катушек и/или трубок, расположенных в ряд по всему объему технологического нагревателя. Согласно одному из вариантов реализации первая печь может включать любую подходящую печь, способную повышать температуру потока сырья (например, потока углеводородного сырья) для достижения требуемой температуры на входе в реактор непосредственно после печи. Температуру потока сырья (например, потока углеводородного сырья) необходимо повышать для того, чтобы в следующем реакторе (например, первом реакторе) протекала реакция риформинга нафты, что, как правило, необходимо вследствие эндотермической природы реакций риформинга.
Согласно одному из вариантов реализации первая печь может содержать расположенные в ней трубки, при этом указанные трубки могут сообщаться по текучей среде с первым впускным отверстием первого реактора, и при этом указанная первая печь выполнена с возможностью нагревания потока углеводородного сырья (например, нагревания трубок, через которые проходит поток углеводородного сырья) перед поступлением указанного потока углеводородного сырья в первое впускное отверстие первого реактора.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать нагревание потока углеводородного сырья в теплообменнике перед введением указанного потока углеводородного сырья в первый реактор. Поток углеводородного сырья может обмениваться теплом с выходящими потоками реактора, расположенного ниже по потоку (например, с выходящим потоком первого реактора, выходящим потоком второго реактора, выходящим потоком теплообменника типа «подаваемый поток/выходящий поток» и т.д.), для повышения температуры потока углеводородного сырья при одновременном уменьшении температуры выходящего потока реактора, расположенного ниже по потоку.
Согласно одному из вариантов реализации поток углеводородного сырья можно нагревать при одновременном охлаждении выходящего потока второго реактора путем теплообмена между выходящим потоком второго реактора и потоком углеводородного сырья.
Согласно некоторым вариантам реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать нагревание потока углеводородного сырья в теплообменнике перед введением указанного потока углеводородного сырья в первую печь с получением предварительно нагретого потока углеводородного сырья и дальнейшее нагревание указанного предварительно нагретого потока углеводородного сырья в первой печи перед введением потока углеводородного сырья в первый реактор.
-1
-1
-1
-1
В общем случае, реакции риформинга нафты протекают в технологических условиях, которые термодинамически способствуют реакциям дегидроциклизации и ограничивают нежелательные реакции гидрокрекинга, независимо от того, протекают ли реакции риформинга нафты в адиабатическом реакторе, изотермическом реакторе или и в обоих реакторах. Реакции риформинга нафты можно осуществлять с применением любых общепринятых условий риформинга нафты и можно осуществлять при температурах на входе в реактор, составляющих от примерно 600°F (316°С) до примерно 1000°F (538°С), альтернативно от примерно 650°F (343°С), от примерно 1000°F (538°С), альтернативно от примерно 700°F (371°С) до примерно 950°F (510°С), альтернативно от примерно 750°F (399°С) до примерно 950°F (510°С), или альтернативно от примерно 800°F (427°С) до примерно 950°F (510°С). Давления реакции могут составлять от примерно атмосферного давления до примерно 300 psig (2,07 МПа изб.), альтернативно от примерно 25 psig (0,17 МПа изб.) до примерно 300 psig (2,07 МПа изб.), или альтернативно от примерно 30 psig (0,21 МПа изб.) до примерно 100 psig (0,69 МПа изб.). Молярное отношение водорода к углеводороду в потоке углеводородного сырья обычно составляет от примерно 0,1:1 до примерно 10:1, альтернативно от примерно 0,5:1 до примерно 5,0:1 или альтернативно от примерно 1:1 до примерно 3:1. Часовая объемная скорость жидкости (LHSV) потока углеводородного сырья над катализатором риформинга нафты (например, катализатором ароматизации) составляет от примерно 0,5 ч до примерно 20 ч или альтернативно от примерно 0,50 ч до примерно 5,0 ч в расчете на катализатор риформинга нафты в реакционной зоне.
Согласно одному из вариантов реализации рабочая температура в первом реакторе не превышает примерно 1000°F (538°С), альтернативно примерно 975°F (524°С) или альтернативно примерно 950°F (510°С). Согласно такому варианту реализации первое впускное отверстие первого реактора может быть выполнено с возможностью поддержания температуры менее примерно 1000°F (538°С), альтернативно менее примерно 975°F (524°С) или альтернативно менее примерно 950°F (510°С).
Согласно одному из вариантов реализации второй или следующий (например, расположенный ниже по потоку) реактор может содержать второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, при этом выходящий поток первого реактора можно ввести во второй реактор через второе впускное отверстие, и при этом выходящий поток второго реактора можно извлечь из второго реактора через второе выпускное отверстие. Согласно одному из вариантов реализации второе впускное отверстие второго реактора может сообщаться по текучей среде с первым выпускным отверстием первого реактора. Выходящий поток первого реактора можно извлечь из первого реактора через первое выпускное отверстие, а затем можно направить во второй реактор через второе впускное отверстие.
Согласно одному из вариантов реализации второй реактор может включать изотермический реактор (например, реактор, работающий в условиях приблизительно изотермического риформинга нафты), при этом указанный второй реактор может содержать второй катализатор риформинга нафты, и при этом по меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке первого реактора можно превратить в дополнительное количество ароматических углеводородов во втором реакторе с получением выходящего потока второго реактора. В общем случае, термин «изотермический» относится к относительно постоянной температуре. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, изотермические реакторы подвергают внешнему теплообмену для обеспечения постоянной рабочей температуры, например, изотермические реакторы либо нагревают, либо охлаждают (в зависимости от типа реакции, которую осуществляют внутри реактора).
Согласно одному из вариантов реализации второй реактор может содержать катализатор риформинга нафты (например, второй катализатор риформинга нафты). Второй катализатор риформинга нафты может включать любой подходящий катализатор риформинга нафты, например, катализатор риформинга нафты, описанный ранее в настоящем документе при обсуждении первого катализатора риформинга нафты. Согласно некоторым вариантам реализации первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми. Согласно другим вариантам реализации первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть разными.
Согласно некоторым вариантам реализации первый катализатор риформинга нафты, второй катализатор риформинга нафты или оба указанных катализатора могут включать цеолитный катализатор риформинга нафты, например, платину на связанном цеолитном носителе, такую как платина на цеолите KL, связанном диоксидом кремния.
В настоящем документе изотермический реактор представляет собой реактор, характеризующийся довольно постоянной температурой внутри слоя катализатора, подвергаемого реакции с применением потока сырья или потока взаимодействующих веществ в изотермическом реакторе (например, в пределах узкого диапазона температур, например, в пределах перепада температур 50°С, 40°С, 30°С, 20°С или 10°С). Кроме того, для целей описанного в настоящем документе изобретения изотермический реактор можно определить как реактор, работающий при температуре выше определенного порогового значения, такой как реактор, работающий при температуре, способной поддерживать реакции риформинга нафты (например, реактор, работающий при температуре выше температуры активации реакций риформинга нафты).
Согласно одному из вариантов реализации рабочая температура во втором реакторе не превышает примерно 1000°F (538°С), альтернативно примерно 975°F (524°С) или альтернативно примерно 950°F (510°С). Согласно одному из вариантов реализации второе впускное отверстие может быть выполнено с возможностью поддержания температуры менее примерно 1000°F (538°С), альтернативно менее примерно 975°F (524°С) или альтернативно менее примерно 950°F (510°С).
Согласно одному из вариантов реализации работа в условиях изотермического риформинга нафты во втором реакторе может включать работу при температуре, равной или превышающей примерно 800°F (425°С), альтернативно равной или превышающей примерно 850°F (450°С) или альтернативно равной до или превышающей примерно 925°F (500°С).
Согласно одному из вариантов реализации в некоторые из трубок из множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) могут быть встроены один или более индикаторов температуры (например, термопары) с тем, чтобы можно было контролировать внутреннюю температуру трубки. Согласно одному из вариантов реализации индикаторы температуры можно установить в от примерно 1% до примерно 5% трубках от общего количества трубок из множества трубок в изотермическом реакторе.
Согласно одному из вариантов реализации второй реактор может содержать одну или более трубок, расположенных внутри реакторной печи, при этом каждая трубка может содержать второй катализатор риформинга нафты. Согласно одному из вариантов реализации второй реактор может содержать множество трубок с расположенными в них частицами второго катализатора риформинга нафты, при этом указанное множество трубок расположено внутри реакторной печи. Выходящий поток первого реактора может поступать во множество трубок, содержащих второй катализатор риформинга нафты, и подвергаться реакциям риформинга нафты по мере прохождения его внутри трубок с получением выходящего потока второго реактора, который выходит из трубок и удаляется из второго реактора. В общем случае, реакторная печь может включать любую подходящую печь, такую как технологический нагреватель (например, нагреватель прямого нагрева), вмещающий множество трубок, содержащих второй катализатор риформинга нафты, при этом указанная реакторная печь может представлять собой теплообменник прямого нагрева, в котором используют горячие горючие газы и лучистую энергию сгорания для повышения и поддержания температуры сырья, проходящего через множество трубок, расположенных в указанном теплообменнике, и взаимодействующих там. Согласно одному из вариантов реализации множество трубок, содержащих расположенный в них второй катализатор риформинга нафты, можно нагревать в реакторной печи с помощью горелок.
Согласно одному из вариантов реализации выходящий поток первого реактора можно нагревать во втором реакторе, при этом нагревание выходящего потока первого реактора во втором реакторе происходит во время превращения по меньшей мере части конвертируемых углеводородов в выходящем потоке первого реактора в дополнительное количество ароматических углеводородов во втором реакторе с получением выходящего потока второго реактора. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, для проведения эндотермической реакции (например, реакции риформинга нафты) в изотермических условиях (например, в условиях изотермического риформинга нафты) в реакционную зону (например, к взаимодействующим веществам, таким как конвертируемые углеводороды в реакционной зоне) необходимо подавать тепло для поддержания температуры в требуемом диапазоне или выше требуемой температуры (например, выше температуры активации реакций риформинга нафты).
Согласно некоторым вариантам реализации реакторная печь может содержать радиационную зону и конвекционную зону (например, зону без излучения). Радиационная зона реакторной печи включает зону, в которой при горении множества горелок образуется лучистая энергия и горячий дымовой газ. Множество трубок можно нагревать путем прямого воздействия лучистой энергии и горячего дымового газа в радиационной зоне реакторной печи. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, основным типом передачи тепла в радиационной зоне, нагреваемой с помощью горелок, является теплопередача излучением, хотя в радиационной зоне также происходит некоторая конвективная теплопередача. Горячий дымовой газ сбрасывают из радиационной зоны через конвекционную зону в атмосферу. В настоящем документе горячий дымовой газ используют в конвекционной зоне в качестве теплопередающей среды. Поэтому конвекционная зона реакторной печи содержит по меньшей мере один теплообменник для нагревания выходящего потока первого реактора. Конвекционная зона реакторной печи может содержать и другие теплообменники для нагревания других потоков, образующихся в указанном процессе, для максимизации тепловой интеграции. Например, для предварительного нагревания потоков углеводородного сырья или для производства пара. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, основным типом передачи тепла в конвекционной зоне является конвективная теплопередача, хотя в конвекционной зоне также может происходить некоторая теплопередача излучением.
Конвекционная зона реакторной печи включает зону реакторной печи, через которую проходит выходящий поток первого реактора перед поступлением во множество трубок, содержащих расположенные в них частицы второго катализатора риформинга нафты. Конвекционная зона позволяет выходящему потоку первого реактора поглощать располагаемое тепло, повышая, тем самым, температуру выходящего потока первого реактора перед поступлением выходящего потока первого реактора во второй реактор (например, изотермический реактор). Выходящий поток второго реактора, который выходит из множества трубок, содержащих расположенные в них частицы второго катализатора риформинга нафты, также может проходить через конвекционную зону реакторной печи перед извлечением указанного выходящего потока второго реактора из второго реактора (например, изотермического реактора). Конвекционная зона позволяет выходящему потоку второго реактора поглощать располагаемое тепло, повышая, тем самым, температуру выходящего потока второго реактора перед извлечением указанного выходящего потока второго реактора из второго реактора (например, изотермического реактора). Тепло, поглощенное выходящим потоком второго реактора, можно использовать для передачи тепла в теплообменнике, как более подробно описано в настоящем документе далее.
Согласно некоторым вариантам реализации перед прохождением выходящего потока первого реактора во второй реактор выходящий поток первого реактора можно нагревать. Согласно одному из вариантов реализации нагревание выходящего потока первого реактора включает нагревание выходящего потока первого реактора внутри теплообменных трубок, расположенных в конвекционной зоне реакторной печи, при этом указанные теплообменные трубки сообщаются по текучей среде со вторым впускным отверстием второго реактора. Для обеспечения более эффективной передачи тепла выходящему потоку первого реактора указанный выходящий поток первого реактора можно распределить между множеством теплообменных трубок в конвекционной зоне.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать нагревание выходящего потока первого реактора во второй печи перед введением указанного выходящего потока первого реактора во второй реактор. В общем случае, вторая печь может быть расположена перед вторым реакторов (например, перед реакторной печью). Согласно одному из вариантов реализации вторая печь может представлять собой технологический нагреватель, доводящий подаваемое сырье до температуры, необходимой для проведения предполагаемой реакции, такой как, например, технологический нагреватель, описанный в настоящем документе при обсуждении первой печи. Согласно одному из вариантов реализации вторая печь включать любую подходящую печь, способную повышать температуру потока сырья (например, выходящего потока первого реактора) для достижения требуемой температуры на входе в реактор непосредственно после второй печи (например, второй реактор). Температуру потока сырья (например, выходящего потока первого реактора) можно повышать с тем, чтобы реакции риформинга нафты протекали в следующем реакторе (например, втором реакторе), что, как правило, необходимо вследствие эндотермической природы реакций риформинга нафты.
Согласно одному из вариантов реализации вторая печь может содержать расположенные в ней теплообменные трубки, при этом указанные теплообменные трубки могут сообщаться по текучей среде со вторым впускным отверстием второго реактора, и при этом указанная вторая печь выполнена с возможностью нагревания выходящего потока первого реактора (например, нагревания теплообменных трубок, через которые проходит выходящий поток первого реактора) перед поступлением указанного выходящего потока первого реактора во второе впускное отверстие второго реактора.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может включать нагревание выходящего потока первого реактора в теплообменнике перед введением указанного выходящего потока первого реактора во второй реактор. Выходящий поток первого реактора может обмениваться теплом с выходящими потоками реактора, расположенного ниже по потоку (например, выходящим потоком второго реактора) для повышения температуры выходящего потока первого реактора при одновременном уменьшении температуры выходящего потока реактора, расположенного ниже по потоку.
Согласно одному из вариантов реализации выходящий поток первого реактора можно нагревать при одновременном охлаждении выходящего потока второго реактора путем теплообмена между выходящим потоком второго реактора и выходящим потоком первого реактора. Согласно одному из вариантов реализации теплообменник может быть выполнен с возможностью обеспечения термического контакта между текучей средой, проходящей через второе выпускное отверстие второго реактора, и текучей средой, входящей во второе впускное отверстие второго реактора.
Согласно некоторым вариантам реализации нагревание выходящего потока первого реактора может включать нагревание выходящего потока первого реактора при одновременном охлаждении выходящего потока второго реактора путем теплообмена в теплообменнике типа «подаваемый поток/выходящий поток» с получением выходящего потока теплообменника типа «подаваемый поток/выходящий поток», при этом указанный выходящий поток теплообменника типа «подаваемый поток/выходящий поток» представляет собой охлажденный выходящий поток второго реактора. Выходящий поток теплообменника типа «подаваемый поток/выходящий поток» можно дополнительно использовать в другом теплообменнике, например, для нагревания потока углеводородного сырья.
Согласно одному из вариантов реализации теплообменник может быть выполнен с возможностью обеспечения термического контакта между текучей средой, проходящей через второе выпускное отверстие второго реактора, и текучей средой, проходящей через первое выпускное отверстие первого реактора. Согласно такому варианту реализации текучую среду, проходящую через первое выпускное отверстие первого реактора, можно подвергать первой стадии нагревания в теплообменнике, а затем любым другим требуемым стадиям нагревания, таким как, например, в печи (например, во второй печи) и/или в конвекционной зоне реакторной печи, перед введением указанной текучей среды во второе впускное отверстие второго реактора.
Согласно некоторым вариантам реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать нагревание выходящего потока первого реактора в теплообменнике перед введением указанного выходящего потока первого реактора во вторую печь с получением предварительно нагретого выходящего потока первого реактора и дальнейшее нагревание указанного предварительно нагретого выходящего потока первого реактора во второй печи и/или конвекционной зоне реакторной печи перед введением выходящего потока первого реактора во второй реактор.
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система для осуществления процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, может дополнительно содержать третий реактор, содержащий третье впускное отверстие и третье выпускное отверстие, при этом указанный третий реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве адиабатического реактора, и при этом третий реактор содержит третий катализатор риформинга. Третий катализатор риформинга может представлять собой любой подходящий катализатор риформинга нафты, описанный в настоящем документе при обсуждении первого катализатора риформинга нафты, второго катализатора риформинга нафты или обоих указанных катализаторов. Согласно некоторым вариантам реализации третий катализатор риформинга может представлять собой такой же катализатор, что и первый катализатор риформинга нафты или второй катализатор риформинга нафты. Согласно другим вариантам реализации третий катализатор риформинга может отличаться от первого катализатора риформинга нафты или второго катализатора риформинга нафты. Согласно одному из вариантов реализации третий катализатор риформинга может содержать цеолитный катализатор риформинга нафты.
Согласно одному из вариантов реализации третий реактор может представлять собой реактор с радиальным потоком.
Согласно одному из аспектов реактор с радиальным потоком описанного в настоящем документе типа может содержать катализатор риформинга нафты, размер частиц которого составляет от примерно 0,01 дюйма (0,25 мм) до примерно 0,5 дюйма (12,7 мм), альтернативно от примерно 0,05 дюйма (1,27 мм) до примерно 0,35 дюйма (8,89 мм) или альтернативно от примерно 0,0625 дюйма (1,59 мм) до примерно 0,25 дюйма (6,35 мм).
Согласно одному из вариантов реализации третье выпускное отверстие третьего реактора может сообщаться по текучей среде с первым впускным отверстием первого реактора. Согласно некоторым вариантам реализации поток неочищенного углеводородного сырья можно ввести в третий реактор через третье впускное отверстие. Температура в третьем реакторе может подходить для катализатора риформинга нафты в третьем реакторе с точки зрения поглощения серы (например, серосодержащих соединений), которая может присутствовать в потоке углеводородного сырья. Катализатор в третьем реакторе, соединенном последовательно с первым реактором, можно использовать в качестве материала, адсорбирующего серу, для защиты катализатора в остальных реакторах в реакторной системе при проведении процесса риформинга нафты, описанной в настоящем документе. Третий реактор позволяет исключить применение отдельного конвертера-адсорбера серы (SCA), что упрощает указанный процесс и уменьшает капитальные и эксплуатационные расходы, связанные с работой конвертера-адсорбера серы.
Согласно некоторым вариантам реализации реакторная система для осуществления процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, не содержит конвертер-адсорбер серы. Адсорбирующие серу системы будут более подробно описаны в настоящем документе далее.
Согласно одному из вариантов реализации выходящий поток третьего реактора, содержащий поток углеводородного сырья, можно извлечь из третьего реактора через третье выпускное отверстие третьего реактора. Концентрация серы (например, серосодержащих соединений) в потоке углеводородного сырья может быть ниже, чем концентрация серы (например, серосодержащих соединений) в потоке неочищенного углеводородного сырья.
Согласно некоторым вариантам реализации повышение температуры на выходе из реактора в третьем реакторе может указывать на потерю активности в эндотермической реакции, например, может указывать на то, что катализатор риформинга нафты в третьем реакторе является отработанным и должен быть регенерирован. Альтернативно, концентрацию серы (например, серосодержащих соединений) в выходящем потоке третьего реактора можно контролировать для определения, когда третий катализатор риформинга необходимо регенерировать.
Вариант реализации общего процесса 100 риформинга нафты показан на фиг.1. На входе в указанный процесс поток углеводородного сырья подают по линии 102. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 102, можно нагревать в первой печи 108 для повышения температуры потока углеводородного сырья. Нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 109, можно ввести в первый реактор 110, при этом указанный первый реактор 110 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем слой 112 катализатора, и при этом указанный слой 112 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. Первый реактор 110 может включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. В первом реакторе 110 по меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья можно превратить в ароматические углеводороды с получением выходящего потока первого реактора. Выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 116, можно нагревать во второй печи 120 для повышения температуры выходящего потока первого реактора. Нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 122, можно ввести во второй реактор 140, при этом указанный второй реактор 140 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Второй реактор 140 может включать любой из изотермических реакторов, описанных в настоящем документе. Второй реактор 140 может содержать множество трубок 142, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 142 может быть расположено внутри реакторной печи 150. Первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми или разными. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке первого реактора можно превратить в ароматические углеводороды во втором реакторе 140 с получением выходящего потока 144 второго реактора. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, хотя изотермические трубки изображены на приведенных в настоящем документе фигурах сгруппированными в пучки (например, два пучка трубок), изотермические трубки можно расположить в любой подходящей конфигурации, например, в подходящей матричной структуре из трубок (например, которые могут представлять собой более крупные трубки), расположенных, например, в треугольной или квадратной сетчатой структуре. Кроме того, и как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, несмотря на то, что изотермические трубки изображены на приведенных в настоящем документе фигурах сгруппированными в два пучка, можно использовать любое подходящее количество пучков трубок, например, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более пучков трубок.
Вариант реализации еще одного процесса 200 риформинга нафты показан на фиг. 2. На входе в указанный процесс поток углеводородного сырья подают по линии 202. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 202, может проходить через первый теплообменник 204 для предварительного нагревания потока углеводородного сырья. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 202, может поглощать тепло из выходящего потока 246 второго реактора в первом теплообменнике 204 с получением предварительно нагретого потока углеводородного сырья, проходящего по линии 206, при этом температура выходящего потока 246 второго реактора больше температуры потока углеводородного сырья, проходящего по линии 202, и при этом выходящий поток 246 второго реактора отдает тепло и образует выходящий поток 248 второго реактора.
Предварительно нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 206, можно нагревать в первой печи 208 для дальнейшего повышения температуры потока углеводородного сырья. Например, предварительно нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 206, можно нагревать в первой печи 208 до температуры риформинга нафты. Нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 209, можно ввести в первый реактор 210, при этом указанный первый реактор 210 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем слой 212 катализатора, и при этом указанный слой 212 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. Первый реактор 210 может включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья можно превратить в ароматические углеводороды в первом реакторе 210 с получением выходящего потока первого реактора, проходящего по линии 216.
Выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 216, может проходить через второй теплообменник 217 для предварительного нагревания выходящего потока первого реактора. Выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 216, может поглощать тепло из выходящего потока 244 второго реактора во втором теплообменнике 217 с получением предварительно нагретого выходящего потока первого реактора, проходящего по линии 218, при этом температура выходящего потока 244 второго реактора больше температуры выходящего потока первого реактора, проходящего по линии 216, и при этом выходящий поток 244 второго реактора отдает тепло и образует выходящий поток 246 второго реактора.
Предварительно нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 218, можно нагревать во второй печи 220 для дальнейшего повышения температуры выходящего потока первого реактора. Например, предварительно нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 218, можно нагревать во второй печи 220 до температуры риформинга нафты. Нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 222, можно ввести во второй реактор 240, при этом указанный второй реактор 240 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Второй реактор 240 может включать любой из изотермических реакторов, описанных в настоящем документе. Второй реактор 240 может содержать множество трубок 242, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 242 может быть расположено внутри реакторной печи 250. Первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми или разными. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке первого реактора можно превратить в ароматические углеводороды во втором реакторе 240 с получением выходящего потока 244 второго реактора.
Выходящий поток 244 второго реактора может обмениваться теплом с выходящим потоком первого реактора во втором теплообменнике 217 с получением выходящего потока 246 второго реактора, при этом температура указанного выходящего потока 246 второго реактора ниже температуры выходящего потока 244 второго реактора. Выходящий поток 246 второго реактора может дополнительно обмениваться теплом с потоком углеводородного сырья в первом теплообменнике 204 с получением выходящего потока 248 второго реактора, при этом температура указанного выходящего потока 248 второго реактора ниже температуры выходящего потока 246 второго реактора.
Вариант реализации еще одного процесса 300 риформинга нафты показан на фиг. 3. На входе в указанный процесс поток углеводородного сырья подают по линии 302. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 302, может проходить через первый теплообменник 304 для предварительного нагревания указанного потока углеводородного сырья. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 302, может поглощать тепло из выходящего потока 346 второго реактора в первом теплообменнике 304 с получением предварительно нагретого потока углеводородного сырья, проходящего по линии 306, при этом температура выходящего потока 346 второго реактора больше температуры потока углеводородного сырья, проходящего по линии 302, и при этом выходящий поток 346 второго реактора отдает тепло и образует выходящий поток 348 второго реактора.
Предварительно нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 306, можно нагревать в первой печи 308 для дальнейшего повышения температуры потока углеводородного сырья. Например, предварительно нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 306, можно нагревать в первой печи 308 до температуры риформинга нафты. Нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 309, можно ввести в первый реактор 310, при этом указанный первый реактор 310 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем слой 312 катализатора, и при этом указанный слой 312 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. Первый реактор 310 может включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья можно превратить в ароматические углеводороды в первом реакторе 310 с получением выходящего потока первого реактора, выходящего из первого реактора по линии 316.
Выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 316, может проходить через второй теплообменник 317 для предварительного нагревания выходящего потока первого реактора. Выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 316, может поглощать тепло из выходящего потока 344 второго реактора во втором теплообменнике 317 с получением предварительно нагретого выходящего потока первого реактора, проходящего по линии 318, при этом температура выходящего потока 344 второго реактора больше температуры выходящего потока первого реактора, проходящего по линии 316, и при этом выходящий поток 344 второго реактора отдает тепло и образует выходящий поток 346 второго реактора.
Предварительно нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 318, можно нагревать в конвекционной зоне 330 реакторной печи 350 для дальнейшего повышения температуры выходящего потока первого реактора. Например, предварительно нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 318, можно нагревать в конвекционной зоне 330 реакторной печи 350 до температуры риформинга нафты. Нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 322, можно ввести во второй реактор 340, при этом указанный второй реактор 340 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Второй реактор 340 может включать любой из изотермических реакторов, описанных в настоящем документе. Второй реактор 340 может содержать множество трубок 342, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 342 может быть расположено в радиационной зоне реакторной печи 350. Первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми или разными. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке первого реактора можно превратить в ароматические углеводороды во втором реакторе 340 с получением выходящего потока 344 второго реактора.
Выходящий поток 344 второго реактора может обмениваться теплом с выходящим потоком первого реактора во втором теплообменнике 317 с получением выходящего потока 346 второго реактора, при этом температура указанного выходящего потока 346 второго реактора ниже температуры выходящего потока 344 второго реактора. Выходящий поток 346 второго реактора может дополнительно обмениваться теплом с потоком углеводородного сырья в первом теплообменнике 304 с получением выходящего потока 348 второго реактора, при этом температура указанного выходящего потока 348 второго реактора ниже температуры выходящего потока 346 второго реактора.
Вариант реализации еще одного процесса 400 риформинга нафты показан на фиг. 4. На входе в указанный процесс поток углеводородного сырья подают по линии 402. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 402, может проходить через первый теплообменник 404 для предварительного нагревания потока углеводородного сырья. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 402, может поглощать тепло из выходящего потока 446 изотермического реактора в первом теплообменнике 404 с получением предварительно нагретого потока углеводородного сырья, проходящего по линии 406, при этом температура выходящего потока 446 изотермического реактора больше температуры потока углеводородного сырья, проходящего по линии 402, и при этом выходящий поток 446 изотермического реактора отдает тепло и образует выходящий поток 448 изотермического реактора.
Предварительно нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 406, можно нагревать в первой печи 408 для дальнейшего повышения температуры потока углеводородного сырья. Например, поток предварительно нагретого углеводородного сырья, проходящий по линии 406, можно нагревать в первой печи 408 до температуры риформинга нафты. Первую часть 409а нагретого потока углеводородного сырья, проходящего по линии 409, можно ввести в первый адиабатический реактор 410, а вторую часть 409b нагретого потока углеводородного сырья, проходящего по линии 409, можно ввести во второй адиабатический реактор 411. Первый адиабатический реактор 410 и/или второй адиабатический реактор 411 может включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. Первый адиабатический реактор 410 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем первый слой 412 катализатора, при этом указанный первый слой 412 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. Второй адиабатический реактор 411 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем второй слой 413 катализатора, при этом указанный второй слой 413 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. Первый катализатор риформинга нафты в первом адиабатическом реакторе 410 и первый катализатор риформинга нафты во втором адиабатическом реакторе 411 могут быть одинаковыми или разными. Согласно одному из вариантов реализации первый катализатор риформинга нафты в первом адиабатическом реакторе 410 и первый катализатор риформинга нафты во втором адиабатическом реакторе 411 являются одинаковыми. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья, проходящем по линии 409а, можно превратить в ароматические углеводороды в первом адиабатическом реакторе 410 с получением выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 416а. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья, проходящем по линии 409b, можно превратить в ароматические углеводороды во втором адиабатическом реакторе 411 с получением выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 416b. Первый адиабатический реактор 410 и второй адиабатический реактор 411 могут быть соединены (например, могут работать) параллельно, и, таким образом, при необходимости технического обслуживания одного из адиабатических реакторов, например, для восстановления активности катализатора, один адиабатический реактор можно отключить и подвергнуть техническому обслуживанию, тогда как в другом адиабатическом реакторе можно продолжать процесс риформинга нафты с обеспечением, тем самым, непрерывного процесса риформинга нафты. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, при отключении одного адиабатического реактора общая удельная производительность, обеспечиваемая адиабатическим реактором, в котором продолжается процесс риформинга нафты, снижается, несмотря на то, что процесс риформинга нафты остается непрерывным.
Выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 416 (например, объединенные потоки выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линиям 416а и 416b), может проходить через второй теплообменник 417 для предварительного нагревания выходящего потока адиабатического реактора. Выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 416, может поглощать тепло из выходящего потока 444 изотермического реактора во втором теплообменнике 417 с получением предварительно нагретого первого адиабатического выходящего потока, проходящего по линии 418, при этом температура выходящего потока 444 изотермического реактора больше температуры выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 416, и при этом выходящий поток 444 изотермического реактора отдает тепло и образует выходящий поток 446 изотермического реактора.
Первую часть 418а предварительно нагретого выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 418, можно нагревать в конвекционной зоне 430 первой реакторной печи 450 для дальнейшего повышения температуры выходящего потока адиабатического реактора. Например, первую часть 418а предварительно нагретого выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 418, можно нагревать в конвекционной зоне 430 первой реакторной печи 450 до температуры риформинга нафты. Вторую часть 418b предварительно нагретого выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 418, можно нагревать в конвекционной зоне 431 второй реакторной печи 451 для дальнейшего повышения температуры выходящего потока адиабатического реактора. Например, вторую часть 418b предварительно нагретого выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 418, можно нагревать в конвекционной зоне 431 второй реакторной печи 451 до температуры риформинга нафты. Нагретый выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 422, можно ввести в первый изотермический реактор 440, при этом указанный первый изотермический реактор 440 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Нагретый выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 423, можно ввести во второй изотермический реактор 441, при этом указанный второй изотермический реактор 441 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Первый изотермический реактор 440 и/или второй изотермический реактор 441 может включать любой из изотермических реакторов, описанных в настоящем документе.
Первый изотермический реактор 440 может содержать множество трубок 442, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 442 может быть расположено в радиационной зоне первой реакторной печи 450. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке адиабатического реактора можно превратить в ароматические углеводороды в первом изотермическом реакторе 440 с получением выходящего потока 444а первого изотермического реактора. Второй изотермический реактор 441 может содержать множество трубок 443, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 443 может быть расположено в радиационной зоне второй реакторной печи 451. Первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми или разными. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке адиабатического реактора можно превратить в ароматические углеводороды во втором изотермическом реакторе 441 с получением выходящего потока 444b второго изотермического реактора. Первый изотермический реактор 440 и второй изотермический реактор 441 соединены (например, работают) параллельно, и, таким образом, при необходимости технического обслуживания одного из изотермических реакторов, например, для восстановления каталитической активности, один изотермический реактор можно отключить и подвергнуть техническому обслуживанию, тогда как в другом изотермическом реакторе можно продолжать процесс риформинга нафты с обеспечением, тем самым, непрерывного процесса риформинга нафты. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, при отключении одного изотермического реактора, общая удельная производительность, обеспечиваемая изотермическим реактором, в котором продолжается процесс риформинга нафты, снижается, несмотря на то, что процесс риформинга нафты остается непрерывным.
Выходящий поток 444 изотермического реактора (например, объединенные потоки выходящего потока изотермического реактора, проходящего по линиям 444а и 444b) может обмениваться теплом с выходящим потоком адиабатического реактора во втором теплообменнике 417 с получением выходящего потока 446 изотермического реактора, при этом температура выходящего потока 446 изотермического реактора ниже температуры выходящего потока 444 изотермического реактора. Выходящий поток 446 изотермического реактора может дополнительно обмениваться теплом с потоком углеводородного сырья в первом теплообменнике 404 с получением выходящего потока 448 изотермического реактора, при этом температура выходящего потока 448 изотермического реактора ниже температуры выходящего потока 446 изотермического реактора.
Вариант реализации еще одного процесса 500 риформинга нафты показан на фиг. 5А. На входе в указанный процесс первый поток углеводородного сырья подают по линии 501, а второй поток углеводородного сырья подают по линии 502. Первый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 501, может проходить через первый теплообменник 503 для предварительного нагревания указанного первого потока углеводородного сырья. Первый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 501, может поглощать тепло из выходящего потока 546а изотермического реактора в первом теплообменнике 503 с получением предварительно нагретого первого потока углеводородного сырья, проходящего по линии 505, при этом температура выходящего потока 546а изотермического реактора больше температуры первого потока углеводородного сырья, проходящего по линии 501, и при этом выходящий поток 546а изотермического реактора отдает тепло и образует выходящий поток 548а изотермического реактора.
Предварительно нагретый первый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 505, можно нагревать в первой печи 507 для дальнейшего повышения температуры первого потока углеводородного сырья. Например, предварительно нагретый первый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 505, можно нагревать в первой печи 507 до температуры риформинга нафты. Нагретый первый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 509, можно ввести в первый адиабатический реактор 511. Первый адиабатический реактор 511 может включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. Первый адиабатический реактор 511 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем первый слой 513 катализатора, при этом указанный первый слой 513 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в первом потоке углеводородного сырья, проходящем по линии 509, можно превратить в ароматические углеводороды в первом адиабатическом реакторе 511 с получением выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 516а.
Второй поток углеводородного сырья, проходящий по линии 502, может проходить через второй теплообменник 504 для предварительного нагревания второго потока углеводородного сырья. Второй поток углеводородного сырья, проходящий по линии 502, может поглощать тепло из выходящего потока 546b изотермического реактора во втором теплообменнике 504 с получением предварительно нагретого второго потока углеводородного сырья, проходящего по линии 506, при этом температура выходящего потока 546b изотермического реактора больше температуры второго потока углеводородного сырья, проходящего по линии 502, и при этом выходящий поток 546b изотермического реактора отдает тепло и образует выходящий поток 548b изотермического реактора.
Предварительно нагретый второй поток углеводородного сырья, проходящий по линии 506, можно нагревать во второй печи 508 для дальнейшего повышения температуры второго потока углеводородного сырья. Например, предварительно нагретый второй поток углеводородного сырья, проходящий по линии 506, можно нагревать во второй печи 508 до температуры риформинга нафты. Нагретый второй поток углеводородного сырья, проходящий по линии 510, можно ввести во второй адиабатический реактор 512. Второй адиабатический реактор 512 может включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. Второй адиабатический реактор 512 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем второй слой 514 катализатора, при этом указанный второй слой 514 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. Первый катализатор риформинга нафты в первом адиабатическом реакторе 511 и первый катализатор риформинга нафты во втором адиабатическом реакторе 512 могут быть одинаковыми или разными. Согласно одному из вариантов реализации первый катализатор риформинга нафты в первом адиабатическом реакторе 511 и первый катализатор риформинга нафты во втором адиабатическом реакторе 512 являются одинаковыми. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов во втором потоке углеводородного сырья, проходящем по линии 510, можно превратить в ароматические углеводороды во втором адиабатическом реакторе 512 с получением выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 516b. Первый адиабатический реактор 511 и второй адиабатический реактор 512 соединены (например, работают) параллельно, и, таким образом, при необходимости технического обслуживания одного из адиабатических реакторов, например, для восстановления активности катализатора, один адиабатический реактор можно отключить и подвергнуть техническому обслуживанию, тогда как в другом адиабатическом реакторе можно продолжать процесс риформинга нафты с обеспечением, тем самым, непрерывного процесса риформинга нафты.
Выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 516 (например, объединенные потоки выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линиям 516а и 516b), может проходить через третий теплообменник 517 для предварительного нагревания выходящего потока адиабатического реактора. Выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 516, может поглощать тепло из выходящего потока 544 изотермического реактора (например, объединенных потоков выходящего потока изотермического реактора, проходящего по линиям 544а и 544b) в третьем теплообменнике 517 с получением предварительно нагретого выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 518, при этом температура выходящего потока 544 изотермического реактора больше температуры выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 516, и при этом выходящий поток 544 изотермического реактора отдает тепло и образует выходящий поток 546 изотермического реактора.
Первую часть 518а предварительно нагретого выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 518, можно нагревать в конвекционной зоне 530 первой реакторной печи 545а для дальнейшего повышения температуры выходящего потока адиабатического реактора. Например, первую часть 518а предварительно нагретого выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 518, можно нагревать в конвекционной зоне 530 первой реакторной печи 545а до температуры риформинга нафты. Вторую часть 518b предварительно нагретого выходящего потока адиабатического реактора, проходящего по линии 518, можно нагревать в конвекционной зоне 531 второй реакторной печи 545b для дальнейшего повышения температуры выходящего потока адиабатического реактора. Например, вторую часть 518b предварительно нагретого потока адиабатического реактора, проходящего по линии 518, можно нагревать в конвекционной зоне 531 второй реакторной печи 545b до температуры риформинга нафты. Нагретый выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 522, можно ввести в первый изотермический реактор 540, при этом указанный первый изотермический реактор 540 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Нагретый выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 523, можно ввести во второй изотермический реактор 541, при этом указанный второй изотермический реактор 541 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Первый изотермический реактор 540 и/или второй изотермический реактор 541 может включать любой из изотермических реакторов, описанных в настоящем документе.
Первый изотермический реактор 540 может содержать множество трубок 542, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 542 может быть расположено в радиационной зоне первой реакторной печи 545а. Первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми или разными. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке адиабатического реактора можно превратить в ароматические углеводороды в первом изотермическом реакторе 540 с получением первого выходящего потока 544а изотермического реактора. Второй изотермический реактор 541 может содержать множество трубок 543, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 543 может быть расположено в радиационной зоне второй реакторной печи 545b. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке адиабатического реактора можно превратить в ароматические углеводороды во втором изотермическом реакторе 541 с получением выходящего потока 544b второго изотермического реактора. Первый изотермический реактор 540 и второй изотермический реактор 541 соединены (например, работают) параллельно, и, таким образом, при необходимости технического обслуживания одного из изотермических реакторов, например, для восстановления каталитической активности, один изотермический реактор можно отключить и подвергнуть техническому обслуживанию, тогда как в другом изотермическом реакторе можно продолжать процесс риформинга нафты с обеспечением, тем самым, непрерывного процесса риформинга нафты.
Выходящий поток 544 изотермического реактора (например, объединенные потоки выходящего потока изотермического реактора, проходящего по линиям 544а и 544b) может обмениваться теплом с выходящим потоком адиабатического реактора в третьем теплообменнике 517 с получением выходящего потока 546 изотермического реактора, при этом температура выходящего потока 546 изотермического реактора ниже температуры выходящего потока 544 изотермического реактора. Первая часть 546а выходящего потока 546 изотермического реактора может дополнительно обмениваться теплом с потоком углеводородного сырья в первом теплообменнике 503 с получением выходящего потока 548а изотермического реактора, при этом температура выходящего потока 548а изотермического реактора ниже температуры выходящего потока 546 изотермического реактора (например, 546а). Вторая часть 546b выходящего потока 546 изотермического реактора может дополнительно обмениваться теплом с потоком углеводородного сырья во втором теплообменнике 504 с получением выходящего потока 548b изотермического реактора, при этом температура выходящего потока 548b изотермического реактора ниже температуры выходящего потока 546 изотермического реактора (например, 546b).
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система для проведения процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, может содержать множество адиабатических реакторов, при этом каждый адиабатический реактор из множества адиабатических реакторов содержит первый катализатор риформинга нафты. Согласно некоторым вариантам реализации множество адиабатических реакторов может содержать множество реакторов с радиальным потоком. Предложенная реакторная система может содержать подающий коллектор, соединенный по текучей среде с по меньшей мере одним из множества адиабатических реакторов посредством одной или более линий подачи. Подающий коллектор может быть установлен для обеспечения возможности направления потока углеводородного сырья в каждый из адиабатических реакторов.
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система может дополнительно содержать множество печей, при этом каждая печь из множества печей соответствует одному из адиабатических реакторов из множества адиабатических реакторов, и при этом каждая печь из множества печей повышает температуру потока углеводородного сырья, сообщающегося с соответствующим адиабатическим реактором. Каждая печь из множества печей может быть соединена по текучей среде с соответствующим адиабатическим реактором и подающим коллектором и расположена между ними. Подающий коллектор может быть установлен для обеспечения возможности направления потока углеводородного сырья в каждую из указанных печей, что позволяет, тем самым, нагревать поток углеводородного сырья перед введением указанного потока углеводородного сырья в соответствующий адиабатический реактор. На линиях между подающим коллектором и впускным отверстием в каждую печь может быть установлен целый ряд клапанов.
Согласно одному из вариантов реализации предложенная реакторная система может содержать промежуточный продуктовый коллектор, соединенный по текучей среде с по меньшей мере одним из множества адиабатических реакторов посредством одной или более продуктовых линий. Промежуточный продуктовый коллектор устанавливают для обеспечения возможности извлечения или сбора выходящего потока первого реактора из каждого адиабатического реактора из множества адиабатических реакторов. На линиях между промежуточным продуктовым коллектором и выпускными отверстиями из каждого адиабатического реактора из множества адиабатических реакторов может быть установлен целый ряд клапанов.
Согласно некоторым вариантам реализации множество адиабатических реакторов могут быть расположены последовательно между подающим коллектором и промежуточным продуктовым коллектором. Согласно другим вариантам реализации множество адиабатических реакторов может быть расположено параллельно между подающим коллектором и промежуточным продуктовым коллектором. Согласно еще другим вариантам реализации некоторые реакторы из множества адиабатических реакторов могут быть расположены последовательно между подающим коллектором и промежуточным продуктовым коллектором, тогда как другие реакторы из множества адиабатических реакторов могут быть расположены параллельно между подающим коллектором и промежуточным продуктовым коллектором.
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система может содержать один или более изотермических реакторов, при этом каждый из одного или более изотермических реакторов может содержать второй катализатор риформинга нафты. Согласно некоторым вариантам реализации первый катализатор риформинга нафты из множества адиабатических реакторов и второй катализатор риформинга нафты из одного или более изотермических реакторов могут быть одинаковыми. Согласно другим вариантам реализации первый катализатор риформинга нафты из множества адиабатических реакторов и второй катализатор риформинга нафты из одного или более изотермических реакторов могут быть разными. Один или более изотермических реакторов могут быть соединены по текучей среде с промежуточным продуктовым коллектором посредством одной или более впускных линий. Промежуточный продуктовый коллектор может быть установлен для обеспечения возможности направления потока углеводородного сырья в каждый изотермический реактор. На впускных линиях между промежуточным продуктовым коллектором и впускными отверстиями в каждый из одного или более изотермических реакторов может быть установлен целый ряд клапанов.
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система может содержать коллектор для выходящего потока, соединенный по текучей среде с одним или более изотермическими реакторами с помощью одной или более отводящих линий. Коллектор для выходящего потока может быть установлен для обеспечения возможности извлечения или сбора выходящего потока второго реактора из каждого изотермического реактора. На линиях между коллектором для выходящего потока и выпускными отверстиями из каждого изотермического реактора может быть установлен целый ряд клапанов. Согласно одному из вариантов реализации формируется последовательная траектория движения потока из подающего коллектора через один или более из множества адиабатических реакторов, через промежуточный продуктовый коллектор, через по меньшей мере один из одного или более изотермических реакторов в коллектор для выходящего потока.
Согласно одному из вариантов реализации один или более изотермических реакторов могут содержать множество изотермических реакторов. Согласно некоторым вариантам реализации множество изотермических реакторов могут быть расположены параллельно между промежуточным продуктовым коллектором и коллектором для выходящего потока. Согласно другим вариантам реализации множество изотермических реакторов могут быть расположены последовательно между промежуточным продуктовым коллектором и коллектором для выходящего потока. Согласно другим вариантам реализации некоторые реакторы из множества изотермических реакторов могут быть расположены параллельно между промежуточным продуктовым коллектором и коллектором для выходящего потока, тогда как другие реакторы из множества изотермических реакторов могут быть расположены последовательно между промежуточным продуктовым коллектором и коллектором для выходящего потока.
Вариант реализации общего процесса 550 риформинга нафты показан на фиг. 5В, на которой между реакторами имеются дополнительные линии (например, коллекторы) для обеспечения схемы динамического потока, при этом отдельные реакторы могут быть изолированы от процесса риформинга нафты при одновременной возможности сохранения непрерывного процесса риформинга нафты. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, хотя в общем процессе 550 риформинга нафты участвуют два адиабатических реактора (561, 562), работающих параллельно, и два изотермических реактора (580, 581), работающих параллельно, концепции общего процесса 550 риформинга нафты могут быть применены к любому множеству реакторов (например, адиабатических и/или изотермических реакторов), работающих последовательно и/или параллельно. В настоящем документе термин «схема динамического потока» относится к способности потока углеводородов, проходящего через реакторную систему (например, реакторную систему, показанную на фиг. 5В для проведения общего процесса 550 риформинга нафты), обходить любой из адиабатических реакторов и/или любой из изотермических реакторов, например, для восстановления каталитической активности в изолированном реакторе, также при одновременном обеспечении продолжения процесса риформинга нафты в остальных адиабатических и изотермических реакторах. Первый адиабатический реактор 561 и/или второй адиабатический реактор 562 могут включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. Первый изотермический реактор 580 и/или второй изотермический реактор 581 может включать любой из изотермических реакторов, описанных в настоящем документе.
Согласно одному из вариантов реализации, показанному на фиг. 5В, схему динамического потока обеспечивают путем применения подающего коллектора 552, промежуточного продуктового коллектора 569, коллектора 588 для выходящего потока и множества клапанов 553, 554, 567, 568, 570, 571, 578, 586, 587, расположенных на линиях. Используемые в настоящем изобретении клапаны могут представлять собой простые клапаны или могут представлять собой более сложные системы, такие как клапаны двухстороннего действия и стравливающие клапаны или клапаны двухстороннего действия и клапаны с индикатором рабочего положения.
Согласно одному из вариантов реализации подающий коллектор 552 устанавливают для обеспечения возможности направления потока углеводородного сырья, проходящего по линии 551, в любую печь, расположенную перед адиабатическим реактором, при этом выходящий поток адиабатического реактора можно удалить после прохождения любого из адиабатических реакторов. На линиях между подающим коллектором 552 и впускным отверстием в любую из печей 557 и 558 может быть установлен целый ряд клапанов. Промежуточный продуктовый коллектор 569 устанавливают для обеспечения возможности направления выходящего потока адиабатического реактора из любого требуемого адиабатического реактора в любой из изотермических реакторов; в любую из печей, расположенных перед изотермическим реактором; или в резервуар 579 для хранения выходящего потока адиабатического реактора. На линиях между промежуточным продуктовым коллектором 569 и впускным отверстием в любой компонент, выбранный из печи 574, печи 575 и резервуара 579, может быть установлен целый ряд клапанов.
Коллектор 588 для выходящего потока устанавливают для обеспечения возможности направления выходящего потока изотермического реактора из любого требуемого изотермического реактора в линию 589, ведущую из описанной реакторной системы. На линиях между коллектором 588 для выходящего потока и выпускной линией из каждого изотермического реактора 580 и 581 может быть установлен целый ряд клапанов. Указанные клапаны могут избирательно работать в динамическом режиме с обеспечением требуемой схемы потока при применении предложенной реакторной системы. В качестве части схемы динамического потока один или более реакторов в предложенной реакторной системе можно изолировать для обеспечения возможности восстановления катализатора в изолированных реакторах перед его размещением обратно в реакторную систему. В описанный процесс риформинга нафты также можно включить дополнительное оборудование, известное в данной области техники. Например, можно включить систему удаления галогенидов для улавливания любых галогенидов, выделяющихся из катализатора во время процесса риформинга нафты. Дополнительные клапаны, спускные линии, дренажные линии все это оборудование находится в рамках процессов, описанных в настоящем документе.
Согласно одному из вариантов реализации процесс 550 риформинга нафты можно провести с применением конфигурации реактора, показанной на фиг. 5В. На входе в указанный процесс поток углеводородного сырья может сначала проходить по линии 551 и первоначально поступать в реакторную систему через подающий коллектор 552. Первый поток углеводородного сырья, проходящий из подающего коллектора 552 через открытый клапан 553 по линии 555, можно нагревать в первой печи 557 для повышения температуры потока углеводородного сырья. Нагретый первый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 559, можно ввести в первый адиабатический реактор 561, при этом указанный первый адиабатический реактор 561 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем первый слой 563 катализатора, и при этом указанный первый слой 563 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в первом потоке углеводородного сырья можно превратить в ароматические углеводороды в первом адиабатическом реакторе 561 с получением выходящего потока первого адиабатического реактора. Выходящий поток первого адиабатического реактора, проходящий по линии 565, может сообщаться с промежуточным продуктовым коллекторов 569 через открытый клапан 567. Второй поток углеводородного сырья, проходящий из подающего коллектора 552 через открытый клапан 554 по линии 556, можно нагревать во второй печи 558 для повышения температуры потока углеводородного сырья. Нагретый второй поток углеводородного сырья, проходящий по линии 560, можно ввести во второй адиабатический реактор 562, при этом указанный второй адиабатический реактор 562 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем второй слой 564 катализатора, при этом указанный второй слой 564 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов во втором потоке углеводородного сырья можно превратить в ароматические углеводороды во втором адиабатическом реакторе 562 с получением выходящего потока второго адиабатического реактора. Выходящий поток второго адиабатического реактора, проходящий по линии 566, может сообщаться с промежуточным продуктовым коллектором 569 через открытый клапан 568.
Согласно некоторым вариантам реализации, показанным на фиг. 5В, первый адиабатический реактор 561 можно изолировать с помощью закрытых клапанов 553 и 567, например, для технического обслуживания (например, восстановления активности катализатора риформинга нафты) первого адиабатического реактора 561 при одновременном обеспечении продолжения процесса риформинга нафты за счет второго адиабатического реактора 562. После завершения технического обслуживания первого адиабатического реактора 561 указанный первый адиабатический реактор 561 можно вновь ввести в процесс риформинга нафты путем открытия клапанов 553 и 567. Согласно другим вариантам реализации, показанным на фиг. 5В, второй адиабатический реактор 562 можно изолировать с помощью закрытых клапанов 554 и 568, например, для технического обслуживания (например, восстановления активности катализатора риформинга нафты) второго адиабатического реактора 562 при одновременном обеспечении продолжения процесса риформинга нафты за счет первого адиабатического реактора 561. После завершения технического обслуживания второго адиабатического реактора 562 указанный второй адиабатический реактор 562 можно вновь ввести в процесс риформинга нафты путем открытия клапанов 554 и 568.
Выходящий поток адиабатического реактора (например, выходящий поток первого адиабатического реактора и/или выходящий поток второго адиабатического реактора), проходящий из промежуточного продуктового коллектора 569 через открытый клапан 570 по линии 572, можно нагревать в третьей печи 574 для повышения температуры выходящего потока адиабатического реактора. Нагретый выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 576, можно ввести в первый изотермический реактор 580, при этом указанный первый изотермический реактор 580 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Первый изотермический реактор 580 может содержать множество трубок 582, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 582 может быть расположено в первой реакторной печи 590. Первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми или разными. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке адиабатического реактора можно превратить в ароматические углеводороды в первом изотермическом реакторе 580 с получением выходящего потока первого изотермического реактора, проходящего по линии 584. Выходящий поток первого изотермического реактора, проходящий по линии 584, может сообщаться с коллектором 588 для выходящего потока через открытый клапан 586. Выходящий поток адиабатического реактора, проходящий из промежуточного продуктового коллектора 569 через открытый клапан 571 по линии 573, можно нагревать в четвертой печи 575 для повышения температуры выходящего потока адиабатического реактора. Нагретый выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 577, можно ввести во второй изотермический реактор 581, при этом указанный второй изотермический реактор 581 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Второй изотермический реактор 581 может содержать множество трубок 583, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 583 может быть расположено во второй реакторной печи 591. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке адиабатического реактора можно превратить в ароматические углеводороды во втором изотермическом реакторе 581 с получением выходящего потока второго изотермического реактора, проходящего по линии 585. Выходящий поток второго изотермического реактора, проходящий по линии 585, может сообщаться с коллектором 588 для выходящего потока через открытый клапан 587. Выходящий поток изотермического реактора (например, выходящий поток первого изотермического реактора и/или выходящий поток второго изотермического реактора) можно направить из коллектора 588 для выходящего потока в линию 589, ведущую из реакторной системы.
Согласно некоторым вариантам реализации, показанным на фиг. 5В, первый изотермический реактор 580 можно изолировать с помощью закрытых клапанов 570 и 586, например, для технического обслуживания (например, восстановления активности катализатора риформинга нафты) первого изотермического реактора 580 при одновременном обеспечении продолжения процесса риформинга нафты за счет второго изотермического реактора 581. После завершения технического обслуживания первого изотермического реактора 580 указанный первый изотермический реактор 580 можно вновь ввести в процесс риформинга нафты путем открытия клапанов 570 и 586. Согласно другим вариантам реализации, показанным на фиг. 5В, второй изотермический реактор 581 можно изолировать с помощью закрытых клапанов 571 и 587, например, для технического обслуживания (например, восстановления активности катализатора риформинга нафты) второго изотермического реактора 581 при одновременном обеспечении продолжения процесса риформинга нафты за счет первого изотермического реактора 580. После завершения технического обслуживания второго изотермического реактора 581 указанный второй изотермический реактор 581 можно вновь ввести в процесс риформинга нафты путем открытия клапанов 571 и 587.
Согласно одному из вариантов реализации во время работы реакторной системы для проведения процесса риформинга нафты, описанной в настоящем документе, считается, что по меньшей мере один реактор (например, адиабатический реактор, изотермический реактор и т.д.) может иметь эксплуатационную проблему. Согласно одному из вариантов реализации природа такой эксплуатационной проблемы может включать уменьшение с течением времени каталитической активности или селективности. Катализатор (например, катализатор риформинга нафты), проявляющий недопустимо низкую каталитическую производительность по сравнению с исходной каталитической производительностью, можно описать как «отработанный» катализатор (например, отработанный катализатор риформинга или отработанный катализатор риформинга нафты). Согласно одному из вариантов реализации природа указанной эксплуатационной проблемы может включать инспектирование и/или техническое обслуживание реактора, содержащего катализатор. Согласно другому варианту реализации природа указанной эксплуатационной проблемы может включать инспектирование и/или техническое обслуживание систем безопасности, связанных с реактором, содержащим катализатор. Согласно одному из вариантов реализации эксплуатационная проблема может быть основана на эксплуатационных соображениях, экономических соображениях, производительности катализатора или любой их комбинации.
5
Согласно одному из вариантов реализации катализатор (например, катализатор риформинга нафты), применяемый в процессе риформинга нафты, может со временем испытывать уменьшение каталитической активности или селективности. Возникающая при этом дезактивация катализатора может быть результатом ряда механизмов, в том числе, но не ограничиваясь ими, коксования, отравления и/или потери каталитического материала или компонентов. В настоящем документе термин «кокс» относится к углеродистому материалу с высоким содержанием углерода, обычно имеющему мольное отношение С/Н>1. Термин «коксование» относится к процессу осаждения кокса на поверхность. Подразумевают, что термины «кокс» и «коксование», применяемые в настоящем документе, включают общепринятые значения, известные в данной области техники. Согласно одному из вариантов реализации катализатор можно считать отработанным катализатором, когда каталитическая активность составляет менее или равна примерно 50%, альтернативно примерно 40%, альтернативно примерно 30%, альтернативно 20% или альтернативно 10% относительно исходной каталитической активности катализатора при его первоначальном вводе в эксплуатацию. Согласно одному из вариантов реализации катализатор можно считать отработанным катализатором, когда каталитическая селективность, измеренная на основе образования углеводородов с пятью или менее атомами углерода (C-), больше или равна примерно 150% относительно селективности катализатора при его первоначальном вводе в эксплуатацию. Согласно одному из вариантов реализации катализатор можно считать отработанным катализатором на основании производительности катализатора, отдельно или в сочетании с эксплуатационными соображениями и/или экономическими соображениями. Например, катализатор можно считать отработанным, когда доход, связанный с улучшенной эффективностью превращения и, следовательно, с повышенным выходом продукта, в результате замены катализатора превышает расходы на замену катализатора.
Молярные селективности определяют как:
Степень превращения определяют как количество превращенных молей на моль загружаемых «конвертируемых» углеводородов:
В приведенных выше уравнениях (уравнения 1-7)  обозначает молярный расход в реакторе непрерывного действия или количество молей в реакторе периодического действия.
Способность реактора, содержащего отработанный катализатор (например, адиабатического реактора, изотермического реактора и т.д.) превращать конвертируемые углеводороды (например, алифатические, алициклические и/или нафтеновые углеводороды) в потоке углеводородного сырья в ароматические углеводороды может быть восстановлена. Согласно одному из вариантов реализации способность превращать алифатические, алициклические и/или нафтеновые углеводороды в ароматические углеводороды можно восстановить путем замены отработанного катализатора в реакторе на свежий катализатор и/или путем регенерации катализатора. Регенерация катализатора более подробно описана ниже. Для замены отработанного катализатора в реакторе на свежий катализатор через необходимые интервалы времени можно использовать подходящие процедуры, известные в данной области техники. Согласно одному из вариантов реализации каждый реактор можно восстанавливать через равный интервал времени на основании ожидаемого срока службы катализатора в процессе риформинга нафты. Согласно одному из вариантов реализации каждый реактор может быть восстановлен на основе измеряемых показателей активности катализатора. Например, повышение температуры на выходе может указывать на потерю активности в эндотермической реакции, и/или уменьшение концентрации продукта на выходе из реактора может указывать на уменьшение активности или производительности катализатора. Свежий катализатор имеет более высокую активность или производительность по сравнению с отработанным катализатором. Затем отработанный катализатор можно удалять или перерабатывать для извлечения активных каталитических материалов для будущего применения.
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система для осуществления процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, может содержать систему регенерации катализатора, соединенную с множеством адиабатических реакторов с помощью множества поточных линий. Реакторная система может дополнительно содержать множество клапанов, расположенных на одной или более линиях подачи, одной или более продуктовых линиях и поточных линиях, при этом указанное множество клапанов выполнено с возможностью управления в динамическом режиме для изоляции по меньшей мере одного из адиабатических реакторов из множества адиабатических реакторов и соединения по текучей среде по меньшей мере одного изолированного адиабатического реактора с системой регенерации катализатора, в то время как остальные адиабатические реакторы остаются в рабочем состоянии. По меньшей мере один изолированный адиабатический реактор может содержать отработанный катализатор риформинга нафты, и каталитическая активность в таком изолированном реакторе(ах) может быть восстановлена.
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система для проведения процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, может содержать систему регенерации катализатора, соединенную с одним или более изотермическими реакторами с помощью множества поточных линий. Такая реакторная система может дополнительно содержать множество клапанов, расположенных на одной или более впускных линиях, одной или более отводящих линиях и поточных линиях, при этом указанное множество клапанов выполнено с возможностью управления в динамическом режиме для изоляции по меньшей мере одного изотермического реактора из одного или более изотермических реакторов и соединения по текучей среде по меньшей мере одного изолированного изотермического реактора с системой регенерации катализатора, в то время как остальные изотермические реакторы остаются в рабочем состоянии. По меньшей мере один изолированный изотермический реактор может содержать отработанный катализатор риформинга нафты, и каталитическая активность в изолированном реакторе(ах) должна быть восстановлена.
Согласно одному из вариантов реализации подготовка реактора (например, адиабатического реактора, изотермического реактора) для возобновления превращения потока углеводородного сырья, содержащего конвертируемые углеводороды (например, алифатические, алициклические и/или нафтеновые углеводороды), может включать восстановление катализатора с помощью соединения, которое обратимо уменьшает активность катализатора (например, отравляет катализатор). Подходящие соединения могут включать, но не ограничиваются ими, водород, галогениды, монооксид углерода или органические молекулы, которые могут обратимо адсорбироваться и впоследствии десорбироваться из катализатора. При повторном введении углеводородов в реактор за счет обратимого уменьшения реакционной способности катализатора (например, отравления катализатора) превращение в восстановленном реакторе может увеличиваться более плавно.
В общем случае, регенерация катализатора относится к восстановлению катализатора путем удаления одного или более загрязняющих веществ на катализаторе. Например, регенерация может включать превращение углеродистого материала на катализаторе в оксиды углерода и воду. Декоксование представляет собой один из примеров процесса регенерации. В этом процессе кислород, который можно подавать в форме воздуха, просто воздуха или воздуха, разбавленного азотом, подают в реактор (например, изолированный реактор для регенерации в реакционной смеси) при соответствующей температуре. Тем самым, углеродистые отложения окисляются с образованием диоксида углерода и воды. Процесс регенерации может продолжаться до достижения требуемого уровня регенерации.
Согласно одному из вариантов реализации процесс регенерации катализатора можно осуществлять путем нагревания отработанного катализатора до температуры в диапазоне от примерно 25°С до примерно 1000°С, альтернативно от примерно 50°С до примерно 900°С, альтернативно от примерно 100°С до примерно 800°С, альтернативно от 200 до 700°С или альтернативно от 300 до 600°С, с получением декоксованного (decoked) отработанного катализатора. Процесс декоксования можно осуществлять путем нагревания отработанного катализатора в течение времени от примерно 1 часа до примерно 40 часов, альтернативно от примерно 2 часов до примерно 25 часов, альтернативно от примерно 3 часов до примерно 20 часов, альтернативно от 4 часов до 15 часов или альтернативно от 5 часов до 10 часов, с получением декоксованного отработанного катализатора. Как обсуждалось выше, процесс декоксования можно осуществлять путем нагревания отработанного катализатора в присутствии кислорода, при этом концентрация кислорода может составлять от примерно 0,01 мол. % до примерно 20 мол. %, альтернативно от примерно 0,1 мол. % до примерно 15 мол. %. альтернативно от примерно 0,2 мол. % до примерно 10 мол. %, альтернативно от примерно 0,5 мол. % до примерно 5 мол. % или альтернативно от примерно 1 мол. % до примерно 3 мол. %, с получением декоксованного отработанного катализатора. Подходящие процессы регенерации, которые можно использовать согласно настоящему изобретению, описаны в патентах США №№4937215; 5260238; 5155075; 4851380; и 7868217; каждый из которых в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки.
Согласно одному из вариантов реализации систему регенерации катализатора можно использовать для регенерации катализатора в изолированном реакторе. В настоящем документе регенерация относится к процессу повторной активации отработанного катализатора путем уменьшения содержания кокса, повторного диспергирования металлов и/или введения в катализатор замещающего и/или дополнительного каталитического компонента для повышения активности катализатора. Согласно одному из вариантов реализации регенерация катализатора включает повторное диспергирование металла в отработанном катализаторе с получением повторно диспергированного отработанного катализатора, приведение повторно диспергированного отработанного катализатора в контакт с композицией для повторной активации с получением повторно диспергированного, повторно активированного отработанного катализатора и термическую обработку повторно диспергированного, повторно активированного отработанного катализатора с получением повторно активированного катализатора.
Согласно одному из вариантов реализации регенерацию отработанного катализатора можно начинать путем декоксования катализатора. Для декоксования катализатора можно использовать любой из процессов декоксования, описанных выше применительно к регенерации отработанного катализатора. После декоксования отработанного катализатора металл на декоксованном отработанном катализаторе можно повторно диспергировать на носитель катализатора. Не желая быть ограниченными теорией, процесс декоксования в сочетании с процессом превращения углеводородов, которому подвергали отработанный катализатор, мог привести к агломерации металла на носителе катализатора. Агломерированный металл может быть не полностью физически и химически доступен для каталитических реакций и, соответственно, его можно повторно диспергировать для увеличения активности катализатора.
Согласно одному из вариантов реализации металл на декоксованном отработанном катализаторе повторно диспергируют с применением одного или более процессов, называемых в общем случае оксихлорированием. Оксихлорирование декоксованного отработанного катализатора можно осуществлять путем приведения декоксованного отработанного катализатора в контакт с композицией для повторного диспергирования. Подходящие композиции для повторного диспергирования могут включать хлорсодержащее соединение и кислород. Хлорсодержащее соединение может находиться в твердой фазе, жидкой фазе, газовой фазе или любой их комбинации. Примеры хлорсодержащих соединений, подходящих для применения в композиции для повторного диспергирования, включают, без ограничения, соляную кислоту, хлор, четыреххлористый углерод, тетрахлорэтилен, хлорбензол, метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, аллилхлорид, трихлорэтилен, хлорамин, оксиды хлора, хлорные кислоты, диоксид хлора, монооксид дихлора, гептоксид дихлора, хлорноватую кислоту, перхлорную кислоту или любую их комбинацию.
Приведение декоксованного отработанного катализатора в контакт с композицией для повторного диспергирования можно осуществлять в течение периода времени от примерно 0,5 часов до примерно 50 часов, альтернативно от примерно 1 часа до примерно 20 часов, альтернативно от примерно 2 часов до примерно 10 часов, при температуре в диапазоне от примерно 25°С до примерно 1000°С, альтернативно от примерно 50°С до примерно 900°С, альтернативно от примерно 100°С до примерно 800°С, альтернативно от примерно 200°С до примерно 400°С или альтернативно от примерно 400°С до примерно 600°С. Приведение декоксованного отработанного катализатора в контакт с композицией для повторного диспергирования можно осуществлять в присутствии кислорода. При применении кислорода концентрация кислорода может составлять от примерно 0,01 мол. % до примерно 20 мол. %, альтернативно от примерно 1 мол. % до примерно 18 мол. %, альтернативно от примерно 5 мол. % до примерно 15 мол. % или альтернативно от примерно 8 мол. % до примерно 12 мол. %.
2
2
Согласно одному из вариантов реализации декоксованный отработанный катализатор приводят в контакт с композицией для повторного диспергирования, содержащей хлорсодержащее соединение (например, HCl) и кислород, в присутствии воды. При применении воды мольное отношение воды к HCl (HO:HCl) может составлять от примерно 0,01:1 до примерно 10:1, альтернативно от примерно 0,5:1 до примерно 5:1 или альтернативно от примерно 1:1 до примерно 3:1. При применении хлорсодержащих соединений, отличных от HCl, мольное отношение НО:HCl рассчитывают на основе эквивалентного количества HCl, образующегося в присутствии отработанного катализатора.
4
2
Отработанный катализатор можно подвергать стадии повторной активации, которую можно осуществлять после того, как декоксованный отработанный катализатор был подвергнут повторному диспергированию, как описано выше. Согласно одному из вариантов реализации повторную активацию декоксованного повторно диспергированного отработанного катализатора можно провести с применением композиции для повторной активации, содержащей один или более галогенирующих агентов, в том числе газообразные галогенирующие агенты, жидкие галогенирующие агенты, твердые галогенирующие агенты или любую их комбинацию. Согласно одному из вариантов реализации повторную активацию декоксованного повторно диспергированного отработанного катализатора осуществляют путем приведения декоксованного повторно диспергированного отработанного катализатора в контакт с фторсодержащим раствором в процессе, называемом в общем случае фторированием. Фторсодержащее соединение может находиться в твердой фазе, жидкой фазе, газовой фазе или любой их комбинации. Примеры фторсодержащих соединений, подходящих для применения в настоящем изобретении, включают, без ограничения, фторид тетраметиламмония (TMAF), фторид аммония (NHF или AF) тетрафторэтилен, 2,2,2-трифторэтанол (TFE), фтор (F), фтористоводородную кислоту (HF) или их комбинации. Согласно одному из вариантов реализации фторсодержащее соединение представляет собой перфторированный алкан, перфторированный спирт или их смеси. Примеры перфторированных спиртов, подходящих для применения в настоящем изобретении, включают, без ограничения, 2,2,2-трифторэтанол (TFE), гексафторизопропанол, тетрафторпропанол, пентафторпропанол, гексафторфенилпропанол, перфторбутиловый спирт, гексафтор-2-пропанол, пентафтор-1-пропанол, тетрафтор-1-пропанол, 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанол, 2,2,3,3,3-пентафтор-1-пропанол и любую их комбинацию.
4
4
Согласно одному из вариантов реализации фторсодержащее соединение представляет собой соединение галогенида аммония и может включать одно или более соединений, представленных общей формулой N(R)F, где R представляет собой водород или молекулу, содержащую замещенную или незамещенную углеродную цепь и от 1 до 20 атомов углерода, где все R могут быть одинаковыми или разными. Согласно одному из вариантов реализации R представляет собой метил, этил, пропил, бутил или их комбинации. Альтернативно, R представляет собой метил. Примеры подходящих соединений аммония включают фторид аммония (AF), фторид тетраметиламмония (TMAF), фторид тетраэтиламмония (TEAF), фторид тетрапропиламмония, фторид тетрабутиламмония, фторид метилтриэтиламмония или любую их комбинацию. Альтернативно, соединение галогенида аммония может также включать по меньшей мере одну фтористоводородную кислоту и по меньшей мере один гидроксид аммония, представленный формулой N(R')OH, где R' представляет собой водород или молекулу, содержащую замещенную или незамещенную углеродную цепь и от 1 до 20 атомов углерода, где все R' могут быть одинаковыми или разными. Согласно одному из вариантов реализации R' представляет собой метил, этил, пропил, бутил или их комбинации. Альтернативно, R' представляет собой метил. Примеры гидроксидов аммония, подходящих для применения в настоящем изобретении, включают гидроксид аммония, гидроксиды тетраалкиламмония, такие как гидроксид тетраметиламмония, гидроксид тетраэтиламмония, гидроксид тетрапропиламмония, гидроксид тетрабутиламмония или любую их комбинацию.
Согласно одному из вариантов реализации декоксованный повторно диспергированный отработанный катализатор приводят в контакт с раствором TMAF в диапазоне температур от примерно О°С до примерно 200°С, альтернативно от примерно 20°С до примерно 100°С или альтернативно от примерно 40°С до примерно 60°С в течение периода времени от примерно 1 минуты до примерно 100 часов, альтернативно от примерно 0,1 часа до примерно 50 часов или альтернативно от примерно 1 часа до примерно 24 часов. Раствор TMAF также может содержать один или более подходящих растворителей.
Согласно одному из вариантов реализации декоксованный повторно диспергированный отработанный катализатор можно повторно активировать посредством контакта с газообразным фторирующим агентом, таким как, например, фтор. Согласно такому варианту реализации газообразный фторирующий агент можно привести в контакт с декоксованным повторно диспергированным отработанным катализатором в течение периода времени от примерно 1 минуты до примерно 100 часов, альтернативно от примерно 0,1 часа до примерно 50 часов, альтернативно от примерно 1 часа до примерно 24 часов или альтернативно от примерно 4 часов до примерно 11 часов.
4
При повторной активации декоксованного повторно диспергированного отработанного катализатора также можно использовать хлорсодержащее соединение. Хлорсодержащее соединение может находиться в твердой фазе, жидкой фазе, газовой фазе или любой их комбинации. Согласно одному из вариантов реализации хлорсодержащее соединение представляет собой соединение описанного выше типа. Примеры хлорсодержащих соединений, подходящих для применения в композиции для повторной активации, включают, без ограничения, соединения, представленные общей формулой N(R'')Cl, где R'' представляет собой водород или молекулу, содержащую замещенную или незамещенную углеродную цепь и от 1 до 20 атомов углерода, где все R'' могут быть одинаковыми или разными. Согласно одному из вариантов реализации R'' представляет собой метил, этил, пропил, бутил или их комбинации. Альтернативно, R'' представляет собой метил. Конкретные примеры подходящих органических соединений, содержащих хлор и аммоний, включают, без ограничения, хлорид аммония, хлорид тетраметиламмония (ТМАС), хлорид тетраэтиламмония, хлорид тетрапропиламмония, хлорид тетрабутиламмония, хлорид метилтриэтиламмония или их комбинации. Альтернативно, хлорсодержащее соединение представляет собой ТМАС.
Согласно некоторым аспектам предложенный способ регенерации катализатора риформинга нафты может включать (1) приведение отработанного катализатора в контакт с хлорсодержащим потоком, содержащим хлорсодержащее соединение, с получением хлорированного отработанного катализатора (например, хлорирование); (2) приведение хлорированного отработанного катализатора в контакт с потоком декоксующего газа, содержащим кислород, с получением декоксованного катализатора; и (3) приведение декоксованного катализатора в контакт с фторсодержащим потоком, содержащим фторсодержащее соединение (например, фторирование), с получением восстановленного катализатора риформинга нафты.
2
Обратимся теперь к стадии (1) способа регенерации катализатора риформинга нафты, хлорсодержащее соединение в хлорсодержащем потоке может представлять собой любое подходящее хлорсодержащее соединение или любое хлорсодержащее соединение, описанное в настоящем документе. Например, иллюстративные хлорсодержащие соединения могут включать, но не ограничиваются ими: соляную кислоту, газообразный хлор (Cl), четыреххлористый углерод, тетрахлорэтилен, хлорбензол, метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, аллилхлорид, трихлорэтилен, хлорамин, оксид хлора, хлорную кислоту, диоксид хлора, монооксид дихлора, гептоксид дихлора, хлорноватую кислоту, перхлорную кислоту, хлорид аммония, хлорид тетраметиламмония, хлорид тетраэтиламмония, хлорид тетрапропиламмония, хлорид тетрабутиламмония, хлорид метилтриэтиламмония и т.п. или любую их комбинацию. Другие подходящие хлорсодержащие соединения могут включать арены и алкилзамещенные арены (например, бензол, толуол и ксилолы), в которых по меньшей мере один атом водорода заменен атомом Cl.
2
Согласно некоторым аспектам хлорсодержащее соединение может включать (или состоять по существу из или состоять из) соляную кислоту; альтернативно газообразный хлор (Cl); альтернативно четыреххлористый углерод; альтернативно тетрахлорэтилен; альтернативно хлорбензол; альтернативно метилхлорид; альтернативно метиленхлорид; альтернативно хлороформ; альтернативно аллилхлорид; альтернативно трихлорэтилен; альтернативно хлорамин; альтернативно оксид хлора; альтернативно хлорную кислоту; альтернативно диоксид хлора; альтернативно монооксид дихлора; альтернативно гептоксид дихлора; альтернативно хлорноватую кислоту; альтернативно перхлорную кислоту; альтернативно хлорид аммония; альтернативно хлорид тетраметиламмония; альтернативно хлорид тетраэтиламмония альтернативно хлорид тетрапропиламмония; альтернативно хлорид тетрабутиламмония; или альтернативно хлорид метилтриэтиламмония.
2
2
Согласно другим аспектам хлорсодержащее соединение может включать (или состоять по существу из или состоять из) газообразный хлор (Cl). Наряду с хлорсодержащим соединением хлорсодержащий поток может дополнительно содержать инертный газ, такой как гелий, неон, аргон, азот или комбинации двух или более из перечисленных веществ. Согласно определенным аспектам хлорсодержащий поток может содержать (или состоять по существу из или состоять из) хлорсодержащее соединение и инертный газ, при этом указанный инертный газ может представлять собой азот или может содержать азот. Согласно дополнительному аспекту хлорсодержащий поток может содержать (или состоять по существу из или состоять из) газообразный хлор (Cl) и азот.
Не ограничиваясь этим, количество хлора (Cl) в хлорсодержащем потоке часто может составлять менее примерно 15% по объему. Например, хлорсодержащий поток может содержать определенное количество хлорсодержащего соединения, которое регулируют таким образом, чтобы обеспечить концентрацию в ppmv (ppm по объему) Cl в хлорсодержащем потоке менее примерно 100000; альтернативно менее примерно 50000 ppmv; альтернативно менее примерно 25000 ppmv; альтернативно менее примерно 10000 ppmv. Подходящие диапазоны концентрации Cl могут включать, но не ограничиваются ими, следующие диапазоны: от примерно 50 до примерно 100000 ppmv, от примерно 50 до примерно 50000 ppmv, от примерно 50 до примерно 25000 ppmv, от примерно 100 до примерно 20000 ppmv, от примерно 250 до примерно 25000 ppmv, от примерно 500 до примерно 25000 ppmv, от примерно 1000 до примерно 25000 ppmv, от примерно 5000 до примерно 50000 ppmv, от примерно 2500 до примерно 35000 ppmv или от примерно 7500 до примерно 35000 ppmv и т.п.
2
2
Хлорсодержащий поток может по существу не содержать кислородсодержащее соединение (например, кислород (О) и воду (HO)), то есть может содержать менее 100 ppmw (ppm по массе) кислородсодержащего соединения. Следовательно, предполагается, что согласно определенным аспектам количество любого кислородсодержащего соединения в хлорсодержащем потоке может составлять менее 50 ppmw, менее 25 ppmw, менее 10 ppmw, менее 5 ppmw или менее 3 ppmw. Согласно другим аспектам количество любого кислородсодержащего соединения в хлорсодержащем потоке может составлять от примерно 0,1 до 100 ppmw, от примерно 0,5 до 100 ppmw, от примерно 1 до 100 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 50 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 25 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 10 ppmw или от примерно 0,1 до примерно 5 ppmw. Не желая быть связанными теорией, полагают, что может быть выгодно по существу не добавлять кислород на стадии хлорирования согласно предложенному способу регенерации отработанного катализатора. Кроме того, хотя это и не требуется, хлорсодержащий поток может по существу не содержать фторсодержащих соединений, то есть, может содержать менее 100 ppmw (ppm по массе) фторсодержащих соединений. Как указано выше, предполагается, что количество фторсодержащих соединений в хлорсодержащем потоке может составлять, например, менее 50 ppmw, менее 10 ppmw, от примерно 0,1 до 100 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 50 ppmw или от примерно 0,1 до примерно 10 ppmw и т.п.
Стадию хлорирования (1) можно проводить при различных температурах и в течение различных периодов времени. Например, стадию хлорирования можно проводить при температуре хлорирования в диапазоне от примерно 0°С до примерно 500°С; альтернативно, от примерно 0°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 20°С до примерно 400°С; альтернативно, от примерно 20°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 30°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 40°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 100°С до примерно 250°С; альтернативно, от примерно 150°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 200°С до примерно 300°С; или альтернативно от примерно 150°С до примерно 275°С. Согласно этим и другим аспектам подразумевают, что перечисленные диапазоны температур также включают условия, при которых стадию хлорирования проводят при нескольких различных температурах, а не при одной фиксированной температуре, попадающей в соответствующие диапазоны.
Длительность стадии хлорирования не ограничена каким-либо определенным периодом времени. Следовательно, стадию хлорирования можно проводить, например, в течение периода времени, составляющего от 30-45 минут до 12-24 часов, 36-48 часов или более. Подходящее время хлорирования может зависеть, помимо других переменных параметров, например, от температуры хлорирования и количества хлора в хлорсодержащем потоке. Однако, в общем случае, стадию хлорирования можно проводить в течение периода времени, который может составлять от примерно 45 минут до примерно 48 часов, а именно, например, от примерно 1 часа до примерно 48 часов, от примерно 45 минут до примерно 24 часов, от примерно 45 минут до примерно 18 часов, от примерно 1 часа до примерно 12 часов, от примерно 2 часов до примерно 12 часов, от примерно 4 часов до примерно 10 часов или от примерно 2 часов до примерно 8 часов.
Стадию (2) предложенного способа регенерации катализатора риформинга нафты часто можно рассматривать как стадию выгорания углерода или стадию декоксования, и на этой стадии хлорированный отработанный катализатор можно привести в контакт с потоком декоксующего газа, содержащим кислород. Наряду с кислородом поток декоксующего газа может содержать инертный газ, то есть поток декоксующего газа может содержать (или состоять по существу из или состоять из) кислород и инертный газ. Типичные инертные газы, применяемые на стадии выгорания углерода, могут включать гелий, неон, аргон, азот и т.п., при этом указанный инертный газ включает комбинации двух или более из перечисленных веществ. Согласно определенным аспектам поток декоксующего газа может содержать (или состоять по существу из или состоять из) кислород и азот; альтернативно воздух и азот; или альтернативно воздух.
Поскольку поток декоксующего газа может содержать воздух, такой поток декоксующего газа может содержать примерно от 20 до 21 мол. % кислорода. Однако наиболее часто количество кислорода в потоке декоксующего газа может составлять менее примерно 10 мол. %. Например, согласно некоторым аспектам поток декоксующего газа может содержать менее примерно 8 мол. %, менее примерно 5 мол. % или менее примерно 3 мол. % кислорода. Соответственно, подходящие диапазоны мол. % кислорода в потоке декоксующего газа могут включать, но не ограничиваются ими, следующие диапазоны: от примерно 0,1 до примерно 25 мол. %, от примерно 0,1 до примерно 20 мол. %, от примерно 0,1 до примерно 10 мол. %, от примерно 0,2 до примерно 10 мол. %, от примерно 0,2 до примерно 5 мол. %, от примерно 0,3 до примерно 5 мол. %, от примерно 0,5 до примерно 5 мол. %, от примерно 0,5 до примерно 4 мол. %, от примерно 0,5 до примерно 3 мол. % или от примерно 1 до примерно 3 мол. % и т.п.
Согласно одному из аспектов поток декоксующего газа может по существу не содержать галогенов, то есть по существу не содержать галогенсодержащих соединений. В этом контексте «по существу не содержать галогенов» означает менее 100 ppmw (ppm по массе) галогенсодержащих соединений, таких как, хлорсодержащие соединения, в потоке декоксующего газа. Следовательно, предполагается, что согласно определенным аспектам количество галогенсодержащих соединений в потоке декоксующего газа может составлять менее 50 ppmw, менее 40 ppmw, менее 25 ppmw, менее 10 ppmw, менее 5 ppmw или менее 3 ppmw. Согласно другим аспектам количество галогенсодержащих соединений в потоке декоксующего газа может составлять от примерно 0,1 до 100 ppmw, от примерно 0,5 до 100 ppmw, от примерно 1 до 100 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 50 ppmw от примерно 0,1 до примерно 25 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 10 ppmw или от примерно 0,1 до примерно 5 ppmw. Не желая быть связанными теорией, полагают, что может быть выгодно по существу не добавлять галогены, такие как хлор, на стадии выгорания углерода согласно предложенному способу регенерации отработанного катализатора.
Согласно другому аспекту, поток декоксующего газа может по существу не содержать воду, и в этом смысле «по существу не содержать» означает менее 100 ppmw (ppm по массе) воды в потоке декоксующего газа. Следовательно, предполагается, что согласно определенным аспектам количество воды в потоке декоксующего газа может составлять менее 50 ppmw, менее 25 ppmw, менее 10 ppmw, менее 5 ppmw или менее 3 ppmw. Согласно другим аспектам количество воды в потоке декоксующего газа может составлять от примерно 0,1 до 100 ppmw, от примерно 0,5 до 100 ppmw, от примерно 1 до 100 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 50 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 25 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 10 ppmw или от примерно 0,1 до примерно 5 ppmw. Не желая быть связанными теорией, полагают, что может быть выгодно по существу не добавлять воду на стадии выгорания углерода согласно предложенному способу регенерации отработанного катализатора.
Аналогично тому, что описано выше для хлорсодержащего потока, подразумевают, что любые композиционные характеристики потока декоксующего газа относятся к входящему потоку декоксующего газа до приведения в контакт с хлорированным отработанным катализатором и металлическим реактором, если специально не указано иное. Специалист в данной области техники легко поймет, что выходящий поток декоксующего газа после приведения в контакт с хлорированным отработанным катализатором может значительно отличаться по составу от входящего потока декоксующего газа. Например, хлор, осажденный во время хлорирования, может в определенных условиях элюировать из катализатора на стадии выгорания углерода. Кроме того, во время стадии выгорания углерода может образоваться вода, и, таким образом, в выходящем потоке декоксующего газа можно обнаружить воду.
Стадию выгорания углерода можно проводить при различных температурах и периодах времени. Например, стадию выгорания углерода можно проводить при максимальной температуре декоксования в диапазоне от примерно 150°С до примерно 600°С; альтернативно, от примерно 200°С до примерно 500°С; альтернативно, от примерно 300°С до примерно 600°С; альтернативно, от примерно 300°С до примерно 550°С; альтернативно, от примерно 300°С до примерно 500°С; альтернативно, от примерно 320°С до примерно 480°С; альтернативно, от примерно 340°С до примерно 460°С или альтернативно от примерно 350°С до примерно 450°С. Согласно этим и другим аспектам подразумевают, что перечисленные диапазоны температур также включают условия, при которых стадию выгорания углерода проводят при нескольких различных температурах (например, при начальной температуре декоксования, максимальной температуре декоксования), а не при одной фиксированной температуре, попадающей в соответствующие диапазоны. Например, и не ограничиваясь этим, стадия выгорания углерода может начинаться при начальной температуре декоксования, равной температуре продувки хлором (более подробно обсуждается в настоящем документе ниже). Таким образом, например, стадия выгорания углерода можно начинаться при начальной температуре декоксования в диапазоне от примерно 0°С до примерно 300°С, от примерно 20°С до примерно 250°С, от примерно 50°С до примерно 200°С или от примерно 150°С до примерно 260°С. Впоследствии, температуру на стадии выгорания углерода можно увеличить до максимальной температуры декоксования, например, составляющей от примерно 300°С до примерно 600°С или от примерно 350°С до примерно 450°С.
Длительность стадии выгорания углерода не ограничена каким-либо определенным периодом времени. Следовательно, стадию выгорания углерода можно проводить, например, в течение периода времени, составляющего от 30-45 минут до 48-72 часов или более. Подходящее время декоксования может зависеть, помимо других переменных параметров, например, от начальной температуры декоксования, максимальной температуры декоксования и количества кислорода в потоке декоксующего газа. Однако, в общем случае, стадию выгорания углерода можно проводить в течение периода времени, который может составлять от примерно 45 минут до примерно 72 часов, а именно, например, от примерно 1 часа до примерно 72 часов, от примерно 24 часов до примерно 72 часов, от примерно 12 часов до примерно 60 часов, от примерно 12 часов до примерно 48 часов или от примерно 1 часа до примерно 6 часов.
2
2
Альтернативно, стадию выгорания углерода можно проводить в течение периода времени, достаточного для уменьшения % масс. углерода на хлорированном отработанном катализаторе до менее примерно 1% масс. (декоксованный катализатор). Согласно некоторым аспектам стадию выгорания углерода можно проводить в течение периода времени, достаточного для уменьшения % масс. углерода на хлорированном отработанном катализаторе до менее примерно 0,75% масс., менее примерно 0,5% масс, или менее примерно 0,2% масс. Согласно другим аспектам стадию выгорания углерода можно проводить в течение периода времени, определенного путем мониторинга уровня СО в отходящем или выходящем потоке декоксующего газа после приведения в контакт с катализатором. Следовательно, стадию выгорания углерода можно проводить в течение периода времени, достаточного для уменьшения количества СО в отходящем или выходящем потоке декоксующего газа после приведения в контакт с катализатором до менее примерно 100 ppmv, например, менее примерно 50 ppmv или менее примерно 20 ppmv.
Альтернативно, стадию выгорания углерода можно проводить в течение периода времени, достаточного для получения регенерированного катализатора, активность которого составляет от примерно 50% до примерно 80% относительно активности свежего катализатора, например, от примерно 50% до примерно 75% или от примерно 55% до примерно 75%. В этом отношении активность регенерированного катализатора основана на восстановлении до значений в пределах примерно от 50 до 80% относительно активности свежего катализатора при такой же промышленной эксплуатации катализатора, подвергаемого испытанию на том же оборудовании и с применением одинаковых способов и условий.
2
На стадии (3) способа регенерации катализатора риформинга нафты декоксованный катализатор можно привести в контакт с фторсодержащим потоком, содержащим фторсодержащее соединение. Подходящие фторсодержащие соединения могут включать, но не ограничиваются ими, фтористоводородную кислоту, газообразный фтор (F), 2,2,2-трифторэтанол, тетрафторэтилен, тетрафторид углерода, трифторид углерода, фторметан, гептафторпропан, декафторбутан, гексафторизопропанол, тетрафторпропанол, пентафторпропанол, гексафторфенилпропанол, перфторбутиловый спирт, гексафтор-2-пропанол, пентафтор-1-пропанол, тетрафтор-1-пропанол, 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанол, 2,2,3,3,3-пентафтор-1-пропанол, фторид аммония, фторид тетраметиламмония, фторид тетраэтиламмония, фторид тетрапропиламмония, фторид тетрабутиламмония, фторид метилтриэтиламмония и т.п., или любую их комбинацию. Другие подходящие фторсодержащие соединения могут включать арены и алкилзамещенные арены (например, бензол, толуол и ксилолы), в которых по меньшей мере один атом водорода заменен атомом F.
2
Согласно другому аспекту фторсодержащее соединение может содержать (или состоять по существу из или состоять из) фтористоводородную кислоту; альтернативно газообразный фтор (F); альтернативно 2,2,2-трифторэтанол; альтернативно тетрафторэтилен; альтернативно тетрафторид углерода; альтернативно трифторид углерода; альтернативно фторметан; альтернативно гептафторпропан; альтернативно декафторбутан; альтернативно гексафторизопропанол; альтернативно тетрафторпропанол; альтернативно пентафторпропанол; альтернативно гексафторфенилпропанол; альтернативно перфторбутиловый спирт; альтернативно гексафтор-2-пропанол; альтернативно пентафтор-1-пропанол; альтернативно тетрафтор-1-пропанол; альтернативно 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанол; альтернативно 2,2,3,3,3-пентафтор-1-пропанол; альтернативно фторид аммония; альтернативно фторид тетраметиламмония; альтернативно фторид тетраэтиламмония; альтернативно фторид тетрапропиламмония; альтернативно фторид тетрабутиламмония; или альтернативно фторид метилтриэтиламмония.
2
2
Согласно другому аспекту фторсодержащее соединение может содержать (или состоять по существу из или состоять из) газообразный фтор (F). Наряду с фтором фторсодержащий поток может дополнительно содержать инертный газ, такой как гелий, неон, аргон, азот или комбинации двух или более из перечисленных веществ. Согласно еще одному аспекту фторсодержащий поток может содержать (или состоять по существу из или состоять из) фторсодержащее соединение и инертный газа, при этом указанный инертный газ может представлять собой азот или может содержать азот. Согласно еще одному аспекту фторсодержащий поток может содержать (или состоять по существу из или состоять из) газообразный фтор (F) и азот.
Не ограничиваясь этим, количество фтора (F) во фторсодержащем потоке часто может составлять менее примерно 15% по объему. Например, фторсодержащий поток может содержать определенное количество фторсодержащего соединения, которое регулируют таким образом, чтобы обеспечить концентрацию в ppmv (ppm по объему) F во фторсодержащем потоке менее примерно 100000; альтернативно менее примерно 50000 ppmv; альтернативно менее примерно 25000 ppmv; альтернативно менее примерно 10000 ppmv. Подходящие диапазоны концентрации F могут включать, но не ограничиваются ими, следующие диапазоны: от примерно 50 до примерно 150000 ppmv, от примерно 50 до примерно 100000 ppmv, от примерно 1000 до примерно 15000 ppmv, от примерно 50 до примерно 5000 ppmv, от примерно 100 до примерно 20000 ppmv, от примерно 250 до примерно 25000 ppmv, от примерно 5000 до примерно 50000 ppmv, от примерно 1000 до примерно 25000 ppmv, от примерно 5000 до примерно 25000 ppmv, от примерно 2500 до примерно 35000 ppmv или от примерно 7500 до примерно 35000 ppmv и т.п.
2
2
Фторсодержащий поток может по существу не содержать кислородсодержащих соединений (например, кислорода (О) и воды (НО)), то есть может содержать менее 100 ppmw (ppm по массе) кислородсодержащих соединений. Следовательно, согласно определенным аспектам предполагается, что количество кислородсодержащих соединений во фторсодержащем потоке может составлять менее 50 ppmw, менее 25 ppmw, менее 10 ppmw, менее 5 ppmw или менее 3 ppmw. Согласно другим аспектам количество кислородсодержащих соединений во фторсодержащем потоке может составлять от примерно 0,1 до 100 ppmw, от примерно 0,5 до 100 ppmw, от примерно 1 до 100 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 50 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 25 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 10 ppmw или от примерно 0,1 до примерно 5 ppmw. Не желая быть связанными теорией, полагают, что может быть выгодно по существу не добавлять кислород на стадии фторирования согласно предложенному способу регенерации отработанного катализатора. Кроме того, хотя это и не требуется, фторсодержащий поток может по существу не содержать хлорсодержащих соединений, то есть, может содержать менее 100 ppmw (ppm по массе) хлорсодержащих соединений. Как указано выше, предполагается, что количество хлорсодержащих соединений во фторсодержащем потоке может составлять, например, менее 50 ppmw, менее 10 ppmw, от примерно 0,1 до 100 ppmw, от примерно 0,1 до примерно 50 ppmw или от примерно 0,1 до примерно 10 ppmw и т.п.
Стадию фторирования можно проводить при различных температурах и периодах времени. Например, стадию фторирования можно проводить при температуре фторирования в диапазоне от примерно О°С до примерно 500°С; альтернативно, от примерно 0°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 20°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 20°С до примерно 250°С; альтернативно, от примерно 20°С до примерно 150°С; альтернативно, от примерно 35°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 35°С до примерно 200°С; альтернативно, от примерно 50°С до примерно 250°С; альтернативно, от примерно 50°С до примерно 200°С; альтернативно, от примерно 100°С до примерно 300°С; альтернативно, от примерно 100°С до примерно 250°С; альтернативно, от примерно 150°С до примерно 275°С; или альтернативно от примерно 15°С до примерно 50°С. Согласно этим и другим аспектам подразумевают, что перечисленные диапазоны температур также включают условия, при которых стадию фторирования проводят при нескольких различных температурах, а не при одной фиксированной температуре, попадающей в соответствующие диапазоны.
Длительность стадии фторирования не ограничена каким-либо определенным периодом времени. Следовательно, стадию фторирования можно проводить, например, в течение периода времени, составляющего от 30-45 минут до 12-24 часов, 36-48 часов или более. Подходящее время фторирования может зависеть, помимо других переменных параметров, например, от температуры фторирования и количества фтора во фторсодержащем потоке. Однако, в общем случае, стадию фторирования можно проводить в течение периода времени, который может составлять от примерно 45 минут до примерно 48 часов, а именно, например, от примерно 1 часа до примерно 48 часов, от примерно 45 минут до примерно 24 часов, от примерно 45 минут до примерно 18 часов, от примерно 1 часа до примерно 12 часов, от примерно 2 часов до примерно 12 часов, от примерно 4 часов до примерно 10 часов или от примерно 2 часов до примерно 8 часов.
Согласно различным аспектам, рассматриваемым в настоящем документе, способ регенерации катализатора риформинга нафты может дополнительно включать одну или более необязательных стадий, выполняемых перед стадией хлорирования и стадией выгорания углерода. Например, способ регенерации отработанного катализатора может дополнительно включать перед стадией хлорирования стадию частичного декоксования и/или может дополнительно включать перед стадией хлорирования стадию предварительной сушки. Такие необязательные стадии предварительного хлорирования более подробно рассмотрены в настоящем документе ниже. Согласно одному из аспектов, в предложенном способе регенерации отработанного катализатора можно осуществлять по меньшей мере одну из перечисленных необязательных стадий, тогда как согласно другому аспекту можно осуществлять обе из указанных необязательных стадий. Стадии предварительного хлорирования можно осуществлять в любом порядке, однако, согласно конкретному аспекту сначала можно осуществлять стадию частичного декоксования, а затем стадию предварительной сушки.
Согласно другим аспектам способ регенерации катализатора риформинга нафты может включать (i) приведение отработанного катализатора в контакт с галогенсодержащим потоком, содержащим хлор и/или фтор, с получением галогенированного отработанного катализатора; и (ii) приведение галогенированного отработанного катализатора в контакт с потоком декоксующего газа, содержащим кислород, с получением регенерированного катализатора риформинга нафты. Хлор и фтор на стадии (i) можно ввести в любом подходящем порядке, например, вместе или последовательно в любом порядке. Способы регенерации катализаторов более подробно описаны в заявке на патент США №15/597189, поданной 17 мая 2017 года; в патентах США №№8716161; 8912108; 9174895; и 9421530; и в публикации США №2014/0213839; при этом каждый из перечисленных документов в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки.
Наряду с описанными в настоящем документе вариантами реализации регенерации катализатора, подходящие способы регенерации катализатора описаны в патентах США №№ RE 34250; 4810683; 5776849; 4855269; 4925819; 5106798; и 8664144; каждый из которых в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки. В патенте США №4937215, который также, тем самым, в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки, также описан способ регенерации дезактивированных Pt-цеолитных катализаторов путем обработки катализатора при температуре примерно от 200 до 525°С посредством галогенсодержащего соединения. Затем для удаления кокса к смеси добавляют кислород и, в заключение, катализатор обрабатывают хлорфторуглеродным соединением, кислородом и азотом.
Согласно еще другим вариантам реализации систему регенерации катализатора можно использовать для восстановления свежего катализатора в реакционной смеси или для подготовки катализатора к введению углеводородов другим способом. Например, при повторном введении реактора в эксплуатацию для проведения реакций риформинга нафты систему регенерации катализатора можно использовать для промывки катализатора азотом перед введением углеводородов в реактор.
Согласно одному из вариантов реализации система регенерации катализатора может содержать источник галогенида, с помощью которого во время регенерации галогенид можно добавлять к первому катализатору риформинга нафты, второму катализатору риформинга нафты или к обоим катализаторам. Применение источника галогенида может привести к присутствию галогенида в регенерированном катализаторе.
Согласно одному из вариантов реализации подготовка реактора к возобновлению превращения потока углеводородного сырья, содержащего конвертируемые углеводороды, может включать восстановление катализатора с помощью соединения, которое обратимо снижает активность катализатора, как ранее описано в настоящем документе.
После восстановления способности реактора (например, адиабатического реактора, изотермического реактора) превращать конвертируемые углеводороды (например, алифатические, алициклические и/или нафтеновые углеводороды) в ароматические углеводороды указанный реактор можно необязательно подготовить к возобновлению превращения потока углеводородного сырья, содержащего алифатические, алициклические и/или нафтеновые углеводороды. Согласно одному из вариантов реализации для подготовки катализатора к применению в процессе риформинга нафты можно использовать множество способов. Например, перед введением потока углеводородного сырья в реактор указанный реактор можно промыть инертным газом, а катализатор восстановить. Согласно одному из вариантов реализации перед приведением катализатора в контакт с потоком углеводородного сырья указанный катализатор можно нагревать и/или подвергать воздействию нагретого инертного газа для обеспечения возможности удаления любых компонентов катализатора, которые могут выделяться или десорбироваться. Например, катализатор, содержащий галогенид, может выделять некоторое количество галогенида во время воздействия потока углеводородного сырья. Подготовка катализатора, перед введением реактора в эксплуатацию в реакторной системе, путем воздействия на катализатор нагретого газа, соединенного с системой удаления галогенидов, позволяет удалять часть галогенидов, которые в противном случае выделялись или десорбировались бы в процессе риформинга нафты. Поскольку галогенид может снижать активность любых катализаторов, расположенных ниже по потоку, подготовка таким способом свежих катализаторов может помочь избежать уменьшения активности катализаторов, содержащихся в других реакторах, в процессе риформинга нафты. Дополнительные подходящие процедуры подготовки известны в данной области техники. Согласно одному из вариантов реализации реактор можно и не готовить к применению с указанным процессом до тех пор, пока указанный реактор не должен быть в ближайшее время снова введен в эксплуатацию в реакторной системе.
Согласно некоторым вариантам реализации реакция, в результате которой катализатор риформинга нафты стал отработанным, может быть необратимой и требовать замены катализатора, а не его регенерации, при этом полученная в результате экономия затрат и упрощение процесса могут превосходить затраты на замену катализатора.
После восстановления каталитической активности в изолированном реакторе (например, изолированном изотермическом реакторе, изолированном адиабатическом реакторе) соответствующие клапаны из множества клапанов могут быть динамически приведены в действие для возврата изолированного реактора(ов) в рабочее состояние (например, обратно в эксплуатацию) путем восстановления сообщения по текучей среде между реактором и соответствующими впускными и выпускными линиями.
После того, как реактор (например, изотермический реактор, адиабатический реактор), который был восстановлен и подготовлен, вновь вводят в эксплуатацию, в реакторной системе риформинга нафты можно возобновить операции по превращению по меньшей мере части конвертируемых углеводородов (например, алифатических, алициклических и/или нафтеновых углеводородов) в потоке углеводородного сырья в ароматические углеводороды. Процесс регенерации катализатора можно повторять каждый раз, когда реактор содержит катализатор, который считается отработанным.
Согласно одному из вариантов реализации описанные в настоящем документе реакторы риформинга нафты (например, первый реактор, работающий в адиабатических условиях, второй реактор, работающий в условиях изотермического риформинга нафты и т.д.) могут включать одно или более улучшений по сравнению с обычными адиабатическими реакторами и/или изотермическими реакторами, применяемыми в процессах риформинга нафты. Такие улучшения будут более подробно описаны в настоящем документе далее, при этом указанные улучшения можно использовать в любой из принципиальных технологических схем, описанных в настоящем документе (например, в любой принципиальной технологической схеме, описанной со ссылкой на фиг. 1-5В).
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система для осуществления процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, может содержать первый реактор, работающий в адиабатических условиях, при этом указанный первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты; и второй реактор, работающий в изотермических условиях (например, в условиях изотермического риформинга нафты), при этом указанный второй реактор содержит второй катализатор риформинга нафты; и при этом количество первого катализатора риформинга нафты в первом реакторе меньше количества второго катализатора риформинга нафты во втором реакторе. Согласно такому варианту реализации основная часть (например, большая часть) реакций риформинга нафты может происходить в изотермическом реакторе. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, изотермический реактор может быть более эффективным, чем адиабатический реактор, так как он позволяет более эффективно использовать катализатор, поскольку температуру поддерживают выше порогового значения, такого как пороговое значение при реакции риформинга нафты (например, температура активации реакций риформинга нафты).
Согласно одному из вариантов реализации реакторную систему для осуществления процесса риформинга нафты, описанную в настоящем документе, можно охарактеризовать с помощью массового отношения каталитического материала в первом катализаторе риформинга нафты адиабатического реактора к каталитическому материалу во втором катализаторе риформинга нафты изотермического реактора, составляющего от примерно 1:2 до примерно 1:10, альтернативно от примерно 1:3 до примерно 1:9 или альтернативно от примерно 1:4 до примерно 1:8. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, адиабатический реактор может содержать больше катализатора риформинга на одинаковое количество конвертированных или риформированных углеводородов, чем изотермический реактор, поскольку в изотермическом реакторе можно эффективно использовать больше катализатора риформинга нафты.
Согласно одному из вариантов реализации рабочие температуры в первом реакторе и/или во втором реакторе не превышают примерно 1000°F (538°С). Первый реактор (например, адиабатический реактор) может быть выполнен с возможностью превращения наиболее легко конвертируемых углеводородов (например, циклогексана) в потоке поступающего в реактор сырья в ароматические углеводороды, и по существу не требует температур на входе, превышающих 1000°F (538°С). Адиабатические реакторы, выполненные с возможностью проведения эндотермических реакций, таких как реакции риформинга нафты, обычно имеют максимальную температуру на входе, при этом температура снижается на всем пути потока углеводородов через адиабатический реактор между впускным отверстием и выпускным отверстием, при этом температура на выходе из адиабатического реактора, в котором осуществляют эндотермическую реакцию, ниже, чем температура на входе того же реактора. Изотермические реакторы, выполненные с возможностью проведения эндотермических реакций, таких как реакции риформинга нафты, описанные в настоящем документе, могут в общем случае поддерживать температуру катализатора выше пороговой температуры эндотермической реакции, которая является достаточно высокой (хотя и ниже 1000°F или 538°С), для эффективного ускорения реакций риформинга нафты в изотермическом реакторе и для эффективного применения расположенного в нем катализатора.
2
Согласно одному из вариантов реализации второй реактор (например, изотермический реактор) может содержать множество трубок, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты (например, частицы второго катализатора риформинга нафты), и при этом указанное множество трубок может быть расположено внутри обогреваемой части реакторной печи. Согласно одному из вариантов реализации условия изотермического риформинга нафты во втором реакторе можно поддерживать путем нагревания множества трубок второго реактора внутри реактора. Согласно одному из вариантов реализации указанный реактор может содержать источник тепла (например, горелки, теплообменную среду и т.д.), выполненный с возможностью нагревания внутренней части реакторной печи, например, нагревания множества трубок, расположенных внутри реакторной печи. Множество трубок можно нагревать с помощью горелок в радиационной зоне реакторной печи, в которой в указанных горелках для нагревания труб сжигают (например, сгорает) топливо. Альтернативно, множество трубок можно нагревать с помощью теплообменной среды, например, с помощью расплавленной соли, такой как расплавленные фториды (например, LiF, NaF, KF и т.д.), расплавленные хлориды (например, MgCl), расплавленные нитраты или их комбинации.
Выходящий поток первого реактора, проходящий из первого адиабатического реактора во второй реактор (например, изотермический реактор), перед поступлением в изотермический реактор можно нагревать внутри реакторной печи, например, в конвекционной зоне реакторной печи, за счет конвективного тепла от радиационной зоны реакторной печи, в теплообменнике или т.п., как описано ранее в настоящем документе.
Согласно одному из вариантов реализации в первом реакторе (например, адиабатическом реакторе) может происходить превращение конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья в ароматические углеводороды, составляющее от примерно 15% до примерно 35%, альтернативно от примерно 17,5% до примерно 27,5% или альтернативно от примерно 20% до примерно 30%, с получением выходящего потока первого реактора.
Согласно одному из вариантов реализации выходящий поток первого реактора, извлеченный из первого реактора (например, адиабатического реактора), может проходить через множество трубок во втором реакторе (например, изотермическом реакторе), при этом по меньшей мере дополнительную часть конвертируемого углеводорода в выходящем потоке первого реактора можно превратить в дополнительное количество ароматических углеводородов во втором реакторе с получением выходящего потока второго реактора, и при этом во время такого превращения указанное множество трубок можно нагревать внутри реакторной печи.
Согласно одному из вариантов реализации во втором реакторе (например, в изотермическом реакторе) может происходить превращение конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья в ароматические углеводороды, составляющее от примерно 65% до примерно 85%, альтернативно от примерно 67,5% до примерно 82,5% или альтернативно от примерно 70% до примерно 80%, с получением выходящего потока первого реактора.
Согласно одному из вариантов реализации множество трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может включать от примерно 250 трубок до примерно 5000 трубок, альтернативно от примерно 500 трубок до примерно 5000 трубок, альтернативно от примерно 750 трубок до примерно 4000 трубок или альтернативно, от примерно 1000 до примерно 3000 трубок в реакторной печи. При необходимости применения для изотермического реактора вместимости, составляющей более примерно 5000 трубок, можно использовать два или более изотермических реактора, установленных параллельно. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, можно использовать множество параллельных изотермических реакторов даже при вместимости менее примерно 5000 трубок, например, менее примерно 1000 трубок. Множество трубок могут быть расположены параллельно друг с другом между впускным отверстием реакторной печи и выпускным отверстием реакторной печи, например, между впускным отверстием изотермического реактора и выпускным отверстием изотермического реактора. Согласно некоторым вариантам реализации множество изотермических реакторов может быть установлено параллельно вместе с трубками, расположенными в каждом реакторе.
Согласно одному из вариантов реализации множество трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может иметь внутренний диаметр (D) от примерно 0,5 дюйма (12,7 мм) до примерно 4 дюймов (101,6 мм), альтернативно от примерно 0,5 дюйма (12,7 мм) до примерно 3 дюймов (76,2 мм), альтернативно от примерно 1 дюйма (25,4 мм) до примерно 2,5 дюймов (63,5 мм), альтернативно от примерно 1,5 дюйма (38,1 мм) до примерно 2 дюймов (50,8 мм) или альтернативно от примерно 2,5 дюймов (63,5 мм) до примерно 3 дюймов (76,2 мм).
Согласно одному из вариантов реализации множество трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может иметь отношение длины (L) к внутреннему диаметру (D) (то есть отношение L/D) от примерно 25 до примерно 150, альтернативно от примерно 25 до примерно 100 или альтернативно от примерно 25 до примерно 50.
Согласно одному из вариантов реализации трубопровод и оборудование, применяемые на протяжении всего описанного в настоящем документе процесса риформинга нафты, могут быть изготовлены из подходящих материалов в зависимости от условий эксплуатации оборудования. Согласно одному из вариантов реализации сплавы, содержащие никель (Ni) и/или кобальт (Со), можно использовать при изготовлении установки для проведения процесса риформинга нафты, описанного в настоящем документе, в том числе при изготовлении трубопроводов и/или оборудования. Подходящие сплавы включают, но не ограничиваются ими, все сплавы, содержащие по меньшей мере примерно 8% масс. Ni и/или Со, в том числе аустенитные нержавеющие стали (например, 304, 310, 316, 321, 347), Incoloy 800, Incoloy 802, термостойкое литье, такое как HK-40, НР-50, Manaurite ХТМ, и сплавы на основе никеля, такие как Inconel 600, 601, 617, 625, Hastelloy С и X, Haynes 214, Nimonic 115 и Udimet 700.
Однако, поскольку рабочие температуры не должны превышать 1000°F (538°С), внутренние компоненты реактора не обязательно должны иметь защитное покрытие, поскольку имеется меньше шансов для коксования, науглероживания и металлического пылеобразования. Согласно одному из вариантов реализации множество трубок второго реактора (например, изотермического реактора) не содержат металлический защитный слой, такой как, например, металлический защитный слой, содержащий станнид.
Согласно некоторым вариантам реализации может быть желательно нанести покрытие только на металлические поверхности трубопровода или оборудования, которые находятся в контакте с углеводородами и ароматическими соединениями при температурах выше 1000°F (538°С) и изготовлены из материала или покрыты материалом, обладающим устойчивостью к коксованию, науглероживанию и металлическому пылеобразованию. Согласно одному из вариантов реализации поверхность трубопровода и оборудования, находящуюся в контакте с углеводородами при температуре выше 1000°F (538°С), можно покрыть способом, включающим электроосаждение, плакирование, окрашивание или покрытие поверхностей, находящихся в контакте с углеводородом, для обеспечения улучшенной устойчивости к науглероживанию и металлическому пылеобразованию, с последующим нагреванием для отверждения покрытия в восстановительной среде с получением металлического защитного слоя. Примеры металлических поверхностей трубопровода или оборудования, которые могут вступать в контакт с углеводородами и ароматическими соединениями при температурах выше 1000°F (538°С), включают поверхности печных трубок в печи (например, первой печи) перед адиабатическим реактором (например, первым адиабатическим реактором или первым реактором) и поверхности трубопровода, по которому проходит выходящий поток печи (например, нагретый поток углеводородного сырья, нагретый первый поток углеводородного сырья).
Согласно некоторым вариантам реализации может быть желательно, чтобы металлические поверхности трубопровода или оборудования, находящиеся в контакте с углеводородами и ароматическими соединениями при повышенных температурах, были выполнены из материала или покрыты материалом, обладающим устойчивостью к коксованию, науглероживанию и металлическому пылеобразованию. Согласно одному из вариантов реализации поверхность трубопровода и оборудования, находящуюся в контакте с углеводородами, можно обработать с помощью металлического защитного слоя способом, включающим электроосаждение, плакирование, окрашивание или покрытие поверхностей, находящихся в контакте с углеводородом, с последующим нагреванием для отверждения покрытия в восстановительной среде с получением металлического защитного слоя. Металлический защитный слой обеспечивает улучшенную устойчивость к науглероживанию и металлическому пылеобразованию. Альтернативно, поверхности могут быть изготовлены из керамического материала или облицованы им.
Согласно одному из вариантов реализации трубопровод и оборудование, применяемые на протяжении всего процесса риформинга нафты, описанного в настоящем документе, могут иметь металлосодержащее покрытие, плакирующий слой, гальваническое покрытие или краску, нанесенные на по меньшей мере часть (например, на по меньшей мере примерно 80%, альтернативно на по меньшей мере примерно 95% или альтернативно на примерно 100%) площади поверхности, которая должна вступать в контакт с углеводородами при температуре процесса. После нанесения покрытия реакторную систему с металлическим покрытием можно предпочтительно нагревать и отверждать в восстановительной среде с получением металлического защитного слоя, содержащего интерметаллические слои и/или слои карбида металла. Предпочтительный металлический защитный слой для предложенной реакторной системы предпочтительно содержит основной конструктивный материал (такой как углеродистая сталь, хромовая сталь или нержавеющая сталь), содержащий один или более прикрепленных к нему адгезивных металлических слоев. Пример металлического слоя включает элементарный хром. Подходящие покрытия, а также способы нанесения и обработки, описаны в патентах США №5676821; и 6551660, каждый из которых в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки.
Дополнительные материалы, применимые для предотвращения коксования, могут включать сплавы, содержащие алюминий. Например, сплав может содержать по меньшей мере примерно 1% масс. Al и более предпочтительно от по меньшей мере примерно 4% масс. Al до максимум примерно 10% масс. Al. Альтернативно, сплав может быть покрыт диффузионным слоем Al, при этом металлический Al взаимодействует со сплавом в высокотемпературном процессе с получением поверхностного диффузионного слоя, обогащенного алюминием. Концентрация А1 в поверхностном диффузионном слое может варьировать где-то от примерно 5% масс. до ориентировочно 30% масс. в зависимости от способа получения. Подходящие сплавы и материалы, полученные с применением алюминия и алюминиевого покрытия, более подробно описаны в патенте США №6803029, который в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки.
Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, в общем случае, более низкие значения общего давления и, в частности, более низкий перепад давления в слое катализатора, могут быть выгодными в реакторах с неподвижным слоем, таких как адиабатические реакторы и изотермические реакторы, применяемые для реакций риформинга нафты, как описано в настоящем документе, поскольку указанные реакций риформинга нафты приводят к значительному чистому увеличению количества молей во время реакции. Например, одним из способов уменьшения перепада давления в слое катализатора может быть увеличение размера частиц катализатора, поскольку реакции риформинга нафты не ограничены диффузией. Кроме того, как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, увеличение вдвое размера частиц катализатора может привести к уменьшению в два раза перепада давления в слое катализатора.
Согласно одному из вариантов реализации загрузку слоя отсортированного катализатора можно использовать внутри по меньшей мере одной трубки из множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора), при этом сортировку катализатора можно осуществлять по размеру частиц катализатора, активности катализатора (например, по загрузке металла группы VIII, загрузке металла группы Ш, загрузке Pt и т.д.) или по тому и другому. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, второй реактор может работать в условиях изотермического риформинга нафты при неравномерной загрузке катализатора внутри множества трубок второго реактора.
Согласно одному из вариантов реализации перепад давления между впускным отверстием множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) и выпускным отверстием множества трубок может составлять менее примерно 20 psia (0,14 МПа абс.), альтернативно менее примерно 25 psia (0,17 МПа абс.), альтернативно менее примерно 30 psia (0,21 МПа абс.) или альтернативно менее примерно 35 psia (0,25 МПа абс.). Согласно другим вариантам реализации перепад давления, измеренный между впускным отверстием множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) и выпускным отверстием множества трубок, может составлять от примерно 1 psia (0,007 МПа абс.) до примерно 20 psia (0,1 МПа абс.), от примерно 2 psia (0,01 МПа абс.) до примерно 15 psia (0,01 МПа абс.), от примерно 3 psia (0,02 МПа абс.) до примерно 12 psia (0,08 МПа абс.). Путем применения загрузки отсортированного катализатора во множество трубок второго реактора, при этом указанная сортировка основана на размере частиц катализатора, можно уменьшить перепад давления во втором реакторе, что, в свою очередь, может обеспечить более низкое давление на входе для впускного отверстия множества трубок второго реактора.
Согласно одному из вариантов реализации давление на входе во множество трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может составлять менее примерно 150 psig (1,04 МПа изб.), альтернативно от примерно 75 psig (0,53 МПа изб.) до примерно 100 psig (0,69 МПа изб.), альтернативно от примерно 25 psig (0,17 МПа изб.) до примерно 70 psig (0,48 МПа изб.), от примерно 30 psig (0,21 МПа изб.) до примерно 60 psig (0,41 МПа изб.) или альтернативно от примерно 35 psig (0,24 МПа изб.) до примерно 50 psig (0,34 МПа изб.). В общем случае, более низкое общее давление может привести к более высокой степени превращения в ароматические углеводороды, поскольку реакции риформинга нафты приводят к значительному чистому увеличению числа молей. Более низкий общей перепад давления в реакторной системе для проведения процесса риформинга нафты, описанной в настоящем документе, также можно достигнуть путем исключения применения конвертера-адсорбера серы (SCA), поскольку SCA может вносить почти 10% от общего перепада давления в реакторной системе.
Согласно одному из вариантов реализации катализатор может иметь прочность на раздавливание, равную или превышающую примерно 4 фунт-силы (фунт-сила, 17,8 Н), альтернативно равную или превышающую примерно 5 фунт-силу (22,2 Н), альтернативно равную или превышающую примерно 6 фунт-силу (26,7 Н), при этом указанный катализатор имеет размер частиц примерно 1/16 дюйма (16 мм) в диаметре. Для целей описанного в настоящем документе изобретения прочность на раздавливание можно определить как устойчивость носителя катализатора и/или катализатора (например, частиц катализатора) к силам сжатия без проявления механического повреждения. Измерения прочности на раздавливание предназначены для определения способности катализатора сохранять свою физическую целостность во время обработки и применения. Прочность на раздавливание можно определить в соответствии с методом ASTM D 6175-98 «Standard Test Method for Radial Crush Strength of Extruded Catalyst)), за исключением того, что силу, приложенную к образцу, прикладывают в поперечном направлении. Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, способность нагружать трубку катализатором может быть ограничена высотой колонны, загруженной катализатором, и перепадом давления в реакторе, при этом давление вносит свой вклад в силу, действующую на катализатор.
Согласно одному из вариантов реализации по меньшей мере одна трубка из множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) содержит множество каталитических зон. Согласно одному из вариантов реализации количество второго катализатора риформинга нафты в изотермическом реакторе может быть адаптировано таким образом, чтобы его можно было по существу полностью использовать, когда второй катализатор риформинга нафты, расположенный внутри множества трубок, работает при температуре выше пороговой температуры эндотермической реакции, при этом указанная пороговая температура эндотермической реакции может составлять примерно 800°F (425°С).
Согласно одному из вариантов реализации по меньшей мере одна трубка из множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) содержит слой отсортированного катализатора, при этом указанный слой катализатора отсортирован в зависимости от размера частиц катализатора и/или активности катализатора. В общем случае, слой, отсортированный по размеру частиц катализатора, можно использовать для регулирования перепада давления во множестве трубок второго реактора. Кроме того, применение слоя, отсортированного по активности катализатора, позволяет регулировать общую скорость реакции в направлении длины слоя катализатора. Например, когда слой катализатора содержит катализатор риформинга нафты, если зона слоя катализатора, с которой вначале сталкивается поток углеводородного сырья, обладает высокой каталитической активностью, то реакция риформинга может протекать с очень высокой скоростью, вызывая значительное падение температуры, что может привести к более низкой, чем требуемая, скорости реакции в следующих зонах слоя катализатора.
Согласно одному из вариантов реализации множество трубок второго реактора (например, изотермического реактора) содержит слой отсортированного катализатора, при этом указанный слой катализатора отсортирован по размеру частиц катализатора. Согласно одному из вариантов реализации по меньшей мере одна трубка из множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) содержит слой отсортированного катализатора, при этом указанный слой катализатора отсортирован по размеру частиц катализатора.
Согласно одному из вариантов реализации размер частиц катализатора риформинга нафты (например, первого катализатора риформинга нафты, второго катализатора риформинга нафты и т.д.) может составлять от примерно 0,01 дюйма (0,25 мм) до примерно 0,5 дюйма (12,7 мм), альтернативно от примерно 0,05 дюйма (1,27 мм) до примерно 0,35 дюйма (8,89 мм) или альтернативно от примерно 0,0625 дюйма (1,59 мм) до примерно 0,25 дюйма (6,35 мм). В общем случае, слой катализатора внутри множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может содержать частицы катализатора, размер которых уменьшается в направлении длины по меньшей мере одной трубки из множества трубок, от впускного отверстия множества трубок по направлению к выпускному отверстию множества трубок и в направлении потока внутри трубок. Например, частицы катализатора могут характеризоваться градиентом размера, при этом размер частиц катализатора может уменьшаться от точки входа в слой катализатора (например, впускного отверстия) до точки выхода из слоя катализатора (например, выпускного отверстия), например, размер частиц катализатора может уменьшаться вдоль слоя катализатора в направлении потока через трубку, содержащую частицы катализатора. Согласно некоторым вариантам реализации уменьшение размера частиц катализатора может быть непрерывным (например, в соответствии с любым градиентом(ами)) в направлении длины неподвижного слоя или его зоны. Согласно другим вариантам реализации уменьшение размера частиц катализатора может происходить скачкообразно через множество зон по всей длине неподвижного слоя, при этом гранулометрический состав частиц катализатора (или распределение частиц катализатора по размерам) в отдельных зонах является постоянным. В качестве другого примера, размер частиц катализатора может уменьшаться вдоль некоторых областей или зон слоя катализатора и оставаться неизменным вдоль других зон слоя катализатора.
Согласно одному из вариантов реализации слой катализатора может содержать множество каталитических зон, при этом первая каталитическая зона из множества каталитических зон может содержать первый каталитический материал, содержащий частицы первого размера, при этом вторая каталитическая зона из множества каталитических зон может содержать второй каталитический материал, содержащий частицы второго размера, при этом первый размер частиц может быть больше второго размера частиц, и при этом первая каталитическая зона может находиться перед второй каталитической зоной. Выходящий поток первого реактора может вступать в контакт с частицами катализатора в первой каталитической зоне из множества каталитических зон с получением выходящего потока первой каталитической зоны, при этом указанная первая каталитическая зона представляет собой первую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора. Выходящий поток первой каталитической зоны может вступать в контакт с частицами катализатора во второй каталитической зоне из множества каталитических зон с получением выходящего потока второй каталитической зоны, который затем можно извлечь в виде выходящего потока второго реактора согласно вариантам реализации, в которых слой катализатора содержит только две каталитические зоны, первую каталитическую зону и вторую каталитическую зону. Согласно вариантам реализации, в которых слой катализатора содержит более двух каталитических зон, выходящий поток второй каталитической зоны можно дополнительно ввести в следующую каталитическую зону и т.д. Согласно некоторым вариантам реализации первый размер частиц может составлять примерно 0,125 дюйма (3,18 мм), и второй размер частиц может составлять примерно 0,0625 дюйма (1,59 мм). Любые следующие зоны, если они присутствуют, могут характеризоваться дальнейшим уменьшением размеров частиц катализатора.
Вариант реализации слоя 600 отсортированного катализатора показан на фиг. 6А. Слой 600 отсортированного катализатора может быть размещен в трубке 602 (например, трубке из множества трубок второго реактора) и может содержать верхнюю каталитическую зону 610 и нижнюю каталитическую зону 612, при этом поток в реакторе может проходить от верхней каталитической зоны 610 к нижней каталитической зоне 612. Верхняя каталитическая зона 610 может содержать первый каталитический материал 620, имеющий первый размер частиц, а нижняя каталитическая зона 612 может содержать второй каталитический материал 622, имеющий второй размер частиц, при этом первый размер частиц больше второго размера частиц.
Другой вариант реализации слоя 650 отсортированного катализатора показан на фиг. 6В. Слой 650 отсортированного катализатора может быть размещен в трубке 602 (например, трубке из множества трубок второго реактора) и может содержать верхнюю каталитическую зону 660 (например, первую зону), среднюю каталитическую зону 662 и нижнюю каталитическую зону 664 (например, конечную зону), при этом поток в реакторе может проходить от верхней каталитической зоны 660 в направлении нижней каталитической зоны 664, и при этом средняя каталитическая зона 662 может быть расположена между верхней каталитической зоной 660 и нижней каталитической зоной 664. Верхняя каталитическая зона 660 может содержать первый каталитический материал 620, имеющий первый размер частиц. Нижняя каталитическая зона 664 может содержать второй каталитический материал 622, имеющий второй размер частиц, при этом первый размер частиц больше второго размера частиц. Средняя каталитическая зона 662 может содержать как первый каталитический материал 620, имеющий первый размер частиц, так и второй каталитический материал 622, имеющий второй размер частиц. Согласно некоторым вариантам реализации средняя каталитическая зона 662 может содержать первый каталитический материал 620 и второй каталитический материал в примерно одинаковых количествах по объему, хотя можно также использовать более высокие или более низкие относительные объемные количества. Согласно одному из вариантов реализации средняя каталитическая зона 662 может содержать первый каталитический материал 620 и второй каталитический материал в соотношении примерно 45/55, примерно 50/50, примерно 55/45 в расчете на объемные соотношения первого каталитического материала 620 ко второму каталитическому материалу 622 в средней каталитической зоне 662.
Согласно одному из вариантов реализации множество трубок второго реактора (например, изотермического реактора) содержит слой отсортированного катализатора, при этом указанный слой катализатора отсортирован по загрузке и/или активности катализатора. Согласно одному из вариантов реализации по меньшей мере одна трубка из множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) содержит слой отсортированного катализатора, при этом указанный слой катализатора отсортирован по загрузке и/или активности катализатора. Слой катализатора можно отсортировать по загрузке каталитически активного металла (например, металла VIII группы, металла IB группы, Pt и т.д.) и/или по загрузке инертного разбавителя, добавленного в композицию неподвижного катализатора. Согласно некоторым аспектам, когда сортировка катализатора происходит посредством загрузки металла, инертный разбавитель не используют. Согласно одному из вариантов реализации верхняя каталитическая зона может содержать от примерно 0,5% масс. до примерно 0,60% масс. каталитически активного металла (например, металла VIII группы, металла IB группы, Pt и т.д.), средняя каталитическая зона может содержать от примерно 0,75 до примерно 0,90% масс, каталитически активного металла (например, металла VIII группы, металла IB группы, Pt и т.д.) и нижняя каталитическая зона может содержать от примерно 1,0 до примерно 1,25% масс. каталитически активного металла (например, металла VIII группы, металла IB группы, Pt и т.д.). Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, диапазоны загрузки каталитически активного металла (например, металла VIII группы, металла IB группы, Pt и т.д.) в каждой из верхней, средней и нижней зон можно изменять, при необходимости, для каждого отдельного процесса риформинга нафты.
Согласно одному из вариантов реализации слой катализатора (например, слой отсортированного катализатора) внутри множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может содержать частицы катализатора, в которых количество активного каталитического материала на единицу объема (например, объемная концентрация активного каталитического материала) увеличивается в направлении длины по меньшей мере одной трубки из множества трубок, от впускного отверстия во множество трубок по направлению к выпускному отверстию множества трубок и в направлении потока внутри трубок, при этом остаток материала на единицу объема может представлять собой инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты, катализатор изомеризации или смесь и того, и другого.
Согласно одному из вариантов реализации инертный материал слоя отсортированного катализатора может представлять собой любой подходящий химически инертный твердый разбавитель или наполнитель, который не катализирует реакции риформинга нафты. Например, инертный материал может представлять собой любой описанный в настоящем документе носитель для катализатора риформинга нафты, такой как цеолит, и один или более галогенидов, без по меньшей мере одного металла VIII группы. Согласно некоторым вариантам реализации инертный материал может содержать оксид алюминия, предпочтительно диоксид кремния, альфа-оксид алюминия, диоксид кремния-оксид алюминия, плавленый глинозем, алюминосиликаты, стеклянные шарики и т.п. или их комбинации.
Согласно одному из вариантов реализации последняя каталитическая зона (например, вторая каталитическая зона, нижняя каталитическая зона, третья каталитическая зона, четвертая каталитическая зона) внутри множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может содержать частицы катализатора изомеризации. Согласно одному из вариантов реализации катализатор изомеризации может представлять собой любой подходящий каталитический материал для изомеризации, обладающий более высокой активностью в реакциях изомеризации нафты, чем катализатор риформинга нафты, в частности, при изомеризации разветвленных углеводородов с образованием менее разветвленных углеводородов; или любой подходящий каталитический материал для изомеризации, который в меньшей степени катализирует реакции риформинга нафты по сравнению с катализатором риформинга нафты (например, менее активный каталитический материал для риформинга нафты). Как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, если бы катализатор изомеризации был помещен в первую реакционную зону, то такой катализатор изомеризации катализировал бы реакцию превращения большого избытка неразветвленных углеводородов (например, конвертируемых углеводородов) в намного менее реакционноспособные разветвленные углеводороды. Однако, и как будет понятно специалисту в данной области техники и с помощью описания настоящего изобретения, если катализатор изомеризации помещают в последнюю реакционную зону, после того как по существу все неразветвленные углеводороды были подвергнуты превращению, такой катализатор изомеризации может катализировать превращение разветвленных углеводородов в (теперь обедненные) неразветвленные углеводороды.
6
Катализатор изомеризации может катализировать превращение ациклических углеводородов в циклические углеводороды, но не должен обладать высокой активностью или активностью в отношении дегидрирования циклических углеводородов с образованием ароматических углеводородов. Согласно некоторым вариантам реализации катализатор изомеризации может содержать цеолитный носитель и один или более галогенидов. Цеолитный носитель и один или более галогенидов могут представлять собой любые подходящие цеолитные носители и галогениды, описанные в настоящем документе применительно к катализатору риформинга нафты, без по меньшей мере одного металла VIII группы. Согласно одному из аспектов катализаторы изомеризации можно использовать для изомеризации диметилбутанов в конвертируемые Cs.
Согласно одному из вариантов реализации слой катализатора (например, слой отсортированного катализатора) может содержать множество каталитических зон, при этом первая каталитическая зона из множества каталитических зон может содержать смесь катализатора риформинга нафты, менее активного каталитического материала для риформинга нафты и инертного материала или смесь и того, и другого, и при этом первая каталитическая зона может быть расположена на входном конце по меньшей мере одной трубки внутри реакторной печи. Согласно некоторым вариантам реализации слой катализатора может содержать вторую каталитическую зону из множества каталитических зон, при этом указанная вторая каталитическая зона может содержать только катализатор без инертного материала, и при этом вторая каталитическая зона может быть расположена после первой каталитической зоны. Каждая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит увеличивающееся количество частиц катализатора (например, увеличивающуюся объемную концентрацию активного каталитического материала) в направлении сверху вниз по потоку, при этом конечная каталитическая зона из множества каталитических зон содержит минимальное количество (например, от незначительного до нулевого количества) инертного материала, и при этом конечная каталитическая зона представляет собой самую нижнюю по потоку каталитическую зону из множества каталитических зон.
Согласно некоторым вариантам реализации слой катализатора (например, слой отсортированного катализатора) внутри множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может содержать две или более зон (например, каталитические зоны), при этом первая зона и следующие зоны содержат катализатор риформинга нафты и необязательно инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или их смеси. Согласно такому варианту реализации последняя зона содержит катализатор риформинга нафты и необязательно инертный материал, катализатор изомеризации или их смеси. Когда слой катализатора содержит две или более зоны (например, каталитические зоны), катализатор риформинга нафты можно распределить вдоль слоя катализатора в соответствии с градиентом объемной концентрации. Например, объемная концентрация катализатора риформинга нафты может увеличиваться от точки входа в слой катализатора (например, впускного отверстия) до точки выхода из слоя катализатора (например, выпускного отверстия), например, объемная концентрация катализатора риформинга нафты может увеличиваться вдоль слоя катализатора в направлении потока через изотермический реактор. Согласно некоторым вариантам реализации увеличение объемной концентрации катализатора риформинга нафты может быть непрерывным в направлении длины слоя катализатора или его зоны. Согласно другим вариантам реализации увеличение объемной концентрации катализатора риформинга нафты может быть скачкообразным по всей длине слоя катализатора или его зоны. В качестве другого примера, объемная концентрация катализатора риформинга нафты может увеличиваться вдоль некоторых участков или зон слоя катализатора и оставаться неизменной вдоль уже других участков слоя катализатора. Количество инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты, катализатора изомеризации или смеси и того, и другого можно аналогичным образом регулировать или менять по всей геометрии слоя катализатора (например, в направлении длины слоя катализатора или его зоны) для обеспечения требуемого профиля объемной концентрации катализатора риформинга нафты.
Согласно одному из вариантов реализации слой катализатора (например, слой отсортированного катализатора) внутри множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может содержать верхнюю зону, среднюю зону и нижнюю зону, при этом поток в реакторе может проходить от верхней зоны в направлении нижней зоны, и при этом средняя зона может быть расположена между верхней зоной и нижней зоной. Согласно такому варианту реализации верхняя зона содержит как катализатор риформинга нафты, так и инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или их смеси, при этом количество катализатора риформинга нафты по объему примерно такое же (например, примерно 45/55, примерно 50/50, примерно 55/45 в расчете на объемные отношения катализатора риформинга нафты к инертному материалу, менее активному каталитическому материалу для риформинга нафты или смеси обоих материалов в верхней зоне) или меньше (например, менее 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% или 5% в расчете на общий объем верхней зоны) количества инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов в верхней зоне; при этом средняя зона содержит инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или смесь обоих материалов в количестве по объему, которое меньше (например, менее 50%, 45%, 40%, 35%, 30% 25%, 20%, 15%, 10%, 5% или 1% в расчете на общий объем средней зоны) количества катализатора риформинга нафты; и при этом количество катализатора риформинга нафты по объему больше (например, более 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99% или 100% в расчете на общий объем нижней зоны) количества инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов в нижней зоне. Согласно такому варианту реализации средняя каталитическая зона содержит как катализатор риформинга нафты, так и инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или их смеси. Согласно таким вариантам реализации нижняя каталитическая зона содержит как катализатор риформинга нафты, так и инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты, катализатор изомеризации или их смесь.
Согласно одному из вариантов реализации катализатор риформинга нафты может присутствовать в слое отсортированного катализатора или в любой его зоне в количестве от примерно 10% об. до примерно 100% об., альтернативно от примерно 25% об. до примерно 100% об. или альтернативно от примерно 33% об. до примерно 66% об. в расчете на общий объем слоя катализатора или его зоны.
Согласно одному из вариантов реализации слой катализатора (например, слой отсортированного катализатора) внутри множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может содержать верхнюю зону, среднюю зону и нижнюю зону; при этом верхняя зона содержит от примерно 50% об. до примерно 60% об. катализатора риформинга нафты и от примерно 40% об. до примерно 50% об. инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов по объему; при этом средняя зона содержит от примерно 80% об. до примерно 60% об. катализатора риформинга нафты и от примерно 20% об. до примерно 40% об. инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов по объему; и при этом нижняя зона содержит примерно 100% об. катализатора риформинга по объему.
Согласно другому варианту реализации слой катализатора (например, слой отсортированного катализатора) внутри множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может содержать верхнюю зону, среднюю зону и нижнюю зону; при этом верхняя зона содержит от примерно 50% об. до примерно 60% об. катализатора риформинга нафты и от примерно 40% об. до примерно 50% об. инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов по объему; при этом средняя зона содержит от примерно 80% об. до примерно 60% об. катализатора риформинга нафты и от примерно 20% об. до примерно 40% об. инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов по объему; и при этом нижняя зона содержит от примерно 100% об. до примерно 20% об. катализатора риформинга нафты по объему и от примерно 0% об. до примерно 20% об. каталитического материала для изомеризации.
Согласно одному из вариантов реализации слой катализатора (например, слой отсортированного катализатора) может содержать множество каталитических зон, при этом первая каталитическая зона из множества каталитических зон может содержать смесь частиц катализатора (например, частиц катализатора риформинга нафты) и первого материала (например, инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов), и при этом первая каталитическая зона может быть расположена на входном конце по меньшей мере одной трубки внутри реакторной печи.
Согласно одному из вариантов реализации выходящий поток первого реактора, извлеченный из адиабатического реактора, может проходить через множество каталитических зон внутри по меньшей мере одной трубки из множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) при одновременном нагревании в реакторной печи. Выходящий поток первого реактора может вступать в контакт со смесью частиц катализатора и первого материала в первой каталитической зоне из множества каталитических зон, при этом указанная первая каталитическая зона представляет собой первую каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора, при этом выходящий поток первого реактора вступает в контакт со второй смесью частиц катализатора и первого материала во второй каталитической зоне из множества каталитических зон, и при этом отношение объема частиц катализатора к объему первого материала выше во второй каталитической зоне, чем в первой каталитической зоне.
Согласно одному из вариантов реализации выходящий поток первого реактора может вступать в контакт со смесью частиц катализатора и первого материала в первой каталитической зоне из множества каталитических зон с получением выходящего потока первой каталитической зоны, при этом указанная первая каталитическая зона представляет собой первую каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора. Выходящий поток первой
каталитической зоны может вступать в контакт со второй каталитической зоной из множества каталитических зон, содержащей вторую смесь частиц катализатора и второго материала (например, инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов), при этом массовое отношение количества частиц катализатора ко второму материалу больше во второй каталитической зоне, чем массовое отношение количества частиц катализатора к первому материалу в первой каталитической зоне, при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной, и при этом первый материал и второй материал могут быть одинаковыми или разными. Указанные массовые отношения основаны на массе катализатора при загрузке. Выходящий поток второй каталитической зоны может вступать в контакт с остальными каталитическими зонами из множества каталитических зон, при этом каждая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит увеличивающееся количество частиц катализатора в направлении сверху вниз по потоку, и при этом конечная каталитическая зона из множество каталитических зон не содержит первый материал и/или второй материал, при этом конечная каталитическая зона представляет собой самую нижнюю по потоку каталитическую зону из множества каталитических зон.
Согласно одному из вариантов реализации выходящий поток первого реактора вступает в контакт с частицами катализатора риформинга нафты в первой каталитической зоне из множества каталитических зон с получением выходящего потока первой каталитической зоны, при этом указанная первая каталитическая зона представляет собой первую каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора; при этом выходящий поток первой каталитической зоны вступает в контакт со второй каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока второй каталитической зоны, при этом указанная вторая каталитическая зона содержит смесь второй зоны из частиц катализатора риформинга нафты и второго материала, при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной; и при этом выходящий поток второй каталитической зоны вступает в контакт с третьей каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока третьей каталитической зоны, при этом указанная третья каталитическая зона содержит частицы катализатора риформинга нафты или смесь третьей зоны из частиц катализатора риформинга нафты и третьего материала, при этом третья каталитическая зона расположена после второй каталитической зоны, и при этом третья каталитическая зона представляет собой последнюю каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора. Согласно такому варианту реализации смесь третьей зоны содержит инертный материал, катализатор изомеризации или смесь, как инертного материала, так и катализатора изомеризации. Согласно такому варианту реализации по меньшей мере одна каталитическая зона, расположенная перед третьей каталитической зоной, содержит главным образом частицы катализатора риформинга нафты.
Согласно другому варианту реализации выходящий поток первого реактора вступает в контакт с первой каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока первой каталитической зоны, при этом указанная первая каталитическая зона содержит смесь первой зоны из частиц катализатора риформинга нафты и первого материала, при этом первая каталитическая зона представляет собой первую каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора; при этом выходящий поток первой каталитической зоны вступает в контакт со второй каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока второй каталитической зоны, при этом указанная вторая каталитическая зона содержит частицы катализатора риформинга нафты, при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной; и при этом выходящий поток второй каталитической зоны вступает в контакт с третьей каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока третьей каталитической зоны, при этом указанная третья каталитическая зона содержит частицы катализатора риформинга нафты или смесь третьей зоны из частиц катализатора риформинга нафты и третьего материала, при этом третья каталитическая зона расположена после второй каталитической зоны, и при этом третья каталитическая зона представляет собой последнюю каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора. Согласно такому варианту реализации смесь третьей зоны содержит инертный материал, катализатор изомеризации или смесь, как инертного материала, так и катализатора изомеризации. Согласно такому варианту реализации по меньшей мере одна каталитическая зона, расположенная перед третьей каталитической зоной, содержит главным образом частицы катализатора риформинга нафты.
Вариант реализации слоя 700 отсортированного катализатора показан на фиг. 7А. Слой 700 отсортированного катализатора может быть размещен в трубке 702 (например, трубке из множества трубок второго реактора) и может содержать верхнюю каталитическую зону 710 и нижнюю каталитическую зону 712, при этом поток в реакторе может проходить от верхней каталитической зоны 710 к нижней каталитической зоне 712. Верхняя каталитическая зона 710 может содержать катализатор 720 риформинга нафты и первый материал 722, при этом указанный первый материал может включать инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или смесь обоих материалов, и при этом концентрация катализатора 720 риформинга нафты на единицу объема примерно такая же, что и концентрация первого материала 722 на единицу объема в первой каталитической зоне. Нижняя каталитическая зона 712 может содержать катализатор 720 риформинга нафты и не содержать первый материал.
Другой вариант реализации слоя отсортированного катализатора 750 показан на фиг. 7В. Слой отсортированного 750 катализатора может быть размещен в трубке 702 (например, трубке из множества трубок второго реактора) и может содержать верхнюю каталитическую зону 760 (например, первую зону), среднюю каталитическую зону 762 и нижнюю каталитическую зону 764 (например, конечную зону), при этом поток в реакторе может проходить от верхней каталитической зоны 760 в направлении нижней каталитической зоны 764, и при этом средняя каталитическая зона 762 может быть расположена между верхней каталитической зоной 760 и нижней каталитической зоной 764. Верхняя каталитическая зона 760 может содержать катализатор 720 риформинга нафты и первый материал 722, при этом указанный первый материал может включать инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или смесь обоих материалов, и при этом концентрация 720 катализатора риформинга нафты на единицу объема примерно такая же, что и концентрация первого материала 722 на единицу объема в верхней каталитической зоне. Средняя каталитическая зона 762 может содержать катализатор 720 риформинга нафты и первый материал 722, при этом концентрация катализатора 720 риформинга нафты на единицу объема больше, чем концентрация первого материала 722 на единицу объема в средней каталитической зоне (например, отношение концентрации катализатора 720 риформинга нафты на единицу объема к концентрации первого материала 722 на единицу объема в средней каталитической зоне составляет примерно 2:1). Нижняя каталитическая зона 764 может содержать катализатор 720 риформинга нафты и не содержать первый материал.
Согласно одному из вариантов реализации множество трубок второго реактора (например, изотермического реактора) содержит слой отсортированного катализатора, при этом указанный слой катализатора отсортирован как по размеру частиц катализатора, так и по загрузке и/или активности катализатора. Согласно одному из вариантов реализации по меньшей мере одна трубка из множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) содержит слой отсортированного катализатора, при этом указанный слой катализатора отсортирован как по размеру частиц катализатора, так и по загрузке и/или активности катализатора. Слой катализатора можно сортировать по размеру частиц катализатора, как описано ранее в настоящем документе, и одновременно по загрузке и/или активности катализатора, как описано ранее в настоящем документе.
Согласно одному из вариантов реализации слой катализатора внутри множества трубок второго реактора (например, изотермического реактора) может содержать частицы катализатора (i) размер которых уменьшается в направлении длины по меньшей мере одной трубки из множества трубок от впускного отверстия во множество трубок по направлению к выпускному отверстию множества трубок и в направлении потока внутри трубок; и (ii) количество активного каталитического материала в которых на единицу объема (например, объемная концентрация активного каталитического материала) увеличивается в направлении длины по меньшей мере одной трубки от впускного отверстия во множество трубок по направлению к выпускному отверстию множества трубок и в направлении потока внутри трубок, при этом остаток материала на единицу объема может представлять собой инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты, катализатор изомеризации или их смеси.
Согласно одному из вариантов реализации слой катализатора (например, слой отсортированного катализатора) может содержать множество каталитических зон, при этом первая каталитическая зона из множества каталитических зон может содержать смесь частиц катализатора (например, частиц катализатора риформинга нафты), имеющих первый размер частиц катализатора, и первого материала (например, инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смеси обоих материалов), имеющего первый размер частиц материала, и при этом первая каталитическая зона может быть расположена на входном конце по меньшей мере одной трубки внутри реакторной печи. Слой катализатора может содержать вторую каталитическую зону, при этом указанная вторая каталитическая зона из множества каталитических зон может содержать только второй каталитический материал, имеющий второй размер частиц катализатора, без инертного материала, при этом первый размер частиц может быть больше второго размера частиц, и при этом первая каталитическая зона может находиться перед второй каталитической зоной. Согласно некоторым вариантам реализации первый размер частиц катализатора и первый размер частиц материала могут быть одинаковыми. Согласно другим вариантам реализации первый размер частиц катализатора и первый размер частиц материала могут быть разными. Каждая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит увеличивающееся количество частиц катализатора (например, увеличивающуюся объемную концентрацию активного каталитического материала) в направлении сверху вниз по потоку, при этом конечная каталитическая зона из множества каталитических зон не содержит инертный материал, при этом размер частиц катализатора уменьшается в направлении сверху вниз по потоку, и при этом конечная каталитическая зона представляет собой самую нижнюю по потоку каталитическую зону из множества каталитических зон.
Вариант реализации слоя отсортированного катализатора 800 показан на фиг. 8А. Слой 800 отсортированного катализатора может быть размещен в трубке 802 (например, трубке из множества трубок второго реактора) и может содержать верхнюю каталитическую зону 810 и нижнюю каталитическую зону 812, при этом поток в реакторе может проходить от верхней каталитической зоны 810 к нижней каталитической зоне 812. Верхняя каталитическая зона 810 может содержать катализатор 820 риформинга нафты, имеющий первый размер частиц, и первый материал 822, имеющий первый размер частиц, при этом первый материал может включать инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или смесь обоих материалов, и при этом концентрация катализатора 820 риформинга нафты на единицу объема примерно такая же, что и концентрация первого материала 822 на единицу объема в первой каталитической зоне. Нижняя каталитическая зона 812 может содержать катализатор 821 риформинга нафты, имеющий второй размер частиц, и не содержать первый материал, при этом первый размер частиц больше второго размера частиц.
Другой вариант реализации слоя 850 отсортированного катализатора показан на фиг. 7В. Слой 850 отсортированного катализатора может быть размещен в трубке 802 (например, трубке из множества трубок второго реактора) и может содержать верхнюю каталитическую зону 860 (например, первую зону), среднюю каталитическую зону 862 и нижнюю каталитическую зону 864 (например, конечную зону), при этом поток в реакторе может проходить от верхней каталитической зоны 860 в направлении нижней каталитической зоны 864, и при этом средняя каталитическая зона 862 может быть расположена между верхней каталитической зоной 860 и нижней каталитической зоной 864. Верхняя каталитическая зона 860 может содержать катализатор 820 риформинга нафты, имеющий первый размер частиц, и первый материал 822, имеющий первый размер частиц, при этом указанный первый материал может включать инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или смесь обоих материалов, и при этом концентрация катализатора 820 риформинга нафты на единицу объема примерно такая же, что и концентрация первого материала 822 на единицу объема в верхней каталитической зоне. Средняя каталитическая зона 862 может содержать катализатор 820 риформинга нафты, имеющий первый размер частиц, катализатор 821 риформинга нафты, имеющий второй размер частиц, первый материал 822, имеющий первый размер частиц, и первый материал 823, имеющий второй размер частиц, при этом концентрация катализатора риформинга нафты на единицу объема больше, чем концентрация первого материала на единицу объема в средней каталитической зоне (например, отношение концентрации катализатора риформинга нафты на единицу объема к концентрации первого материал на единицу объема в средней каталитической зоне составляет примерно 2:1); и при этом первый размер частиц больше второго размера частиц. Нижняя каталитическая зона 864 может содержать катализатор 821 риформинга нафты, имеющий второй размер частиц, и не содержать первый материал.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать обработку потока углеводородного сырья с помощью предварительного реактора (например, установки для поглощения серы), при этом предварительный реактор содержит сорбент для контроля за содержанием серы (например, материал, адсорбирующий серу) в чистом виде или в комбинации с материалом, превращающем серу, и при этом сорбент для контроля за содержанием серы может удалять часть серы в потоке углеводородного сырья, а материал, превращающий серу, может превращать часть серы в потоке углеводородного сырья в материал, который более легко адсорбируется сорбентом для контроля за содержанием серы. В предварительном реакторе обрабатывают поток углеводородного сырья перед введением указанного потока углеводородного сырья в первый реактор (например, адиабатический реактор). Предварительный реактор (например, установка для поглощения серы) также может действовать в качестве меры предосторожности или резервного устройства в случае поломки любой системы гидроочистки, расположенной выше по потоку, или нарушения эксплуатационного режима. Предварительная реакторная установка может быть использована для уменьшения количества серы в потоке углеводородного сырья и может содержать любой подходящий конвертер-адсорбер серы, способный удалять серу из потока углеводородного сырья. Согласно одному из вариантов реализации предварительная реакторная установка может сообщаться по текучей среде с первым впускным отверстием первого реактора (например, адиабатического реактора). Предварительный реакторная установка может находиться перед первой печью, при этом указанная первая печь может быть выполнена с возможностью нагревания потока углеводородного сырья перед поступлением указанного потока углеводородного сырья в первое впускное отверстие.
Согласно одному из вариантов реализации слой материала, адсорбирующего серу, может содержать любой подходящий материал, адсорбирующий серу. Материал, адсорбирующий серу, может содержать основу на подложке, при этом указанная подложка может содержать неорганический оксид, такой как оксид алюминия, диоксид кремния, алюминосиликаты, цеолиты и т.п. или их комбинации. Основа может содержать любой подходящий гидроксид, такой как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония, гидроксид тетраалкиламмония, литий, медь, оксид цинка и т.п. или их комбинации. Согласно одному из вариантов реализации материал, адсорбирующий серу, может содержать гидроксид калия на оксиде алюминия. Согласно некоторым вариантам реализации материал, адсорбирующий серу, может содержать первый катализатор риформинга нафты, второй катализатор риформинга нафты, третий катализатор риформинга или их комбинации.
Согласно одному из вариантов реализации перед слоем материала, адсорбирующего серу, может быть расположен слой материала, превращающий серу. Материал, превращающий серу, может включать любой подходящий материал, который может превращать серосодержащие соединения, присутствующие в потоке углеводородного сырья. Материал, превращающий серу, может содержать по меньшей мере один металл VIII группы на подложке из неорганического оксида, такого как оксид алюминия, диоксид кремния, алюминосиликаты, цеолиты и т.п. или их комбинации. По меньшей мере один металл VIII группы может включать Pt, Pd, Ni, Со и т.п. или их комбинации. Согласно одному из вариантов реализации материал, превращающий серу, может содержать Pt на оксиде алюминия.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать прохождение потока углеводородного сырья через предварительный реактор, при этом указанный предварительный реактор содержит сорбент для контроля за содержанием серы (например, материал, адсорбирующий серу) в чистом виде или в комбинации с материалом, превращающем серу, и при этом сорбент для контроля за содержанием серы может удалять часть серы в потоке углеводородного сырья, а материал, превращающий серу, может превращать часть серы в потоке углеводородного сырья в материал, который более легко адсорбируется сорбентом для контроля за содержанием серы. Согласно такому варианту реализации предложенный способ может дополнительно включать (i) определение первого уровня серы в потоке углеводородного сырья перед предварительным реактором; (ii) определение второго уровня серы в потоке углеводородного сырья после предварительного реактора; и (iii) прекращение введения потока углеводородного сырья в первый реактор, когда уменьшение уровня серы между первым уровнем серы и вторым уровнем серы составляет меньше порогового значения. Уровни серы можно контролировать (например, определять) с помощью анализаторов серы в промышленных выбросах.
Вариант реализации общего процесса 900 риформинга нафты показан на фиг. 9А. На входе в указанный процесс предварительный поток углеводородного сырья подают по линии 901 в предварительный реактор 903 с получением потока углеводородного сырья, при этом указанный предварительный реактор 903 содержит слой сорбента 904 для контроля за содержанием серы, и при этом предварительный реактор может представлять собой реактор с радиальным потоком. Согласно некоторым вариантам реализации слой сорбента 904 для контроля за содержанием серы может содержать необязательную верхнюю часть 904а слоя, содержащую материал, превращающий серу, и нижнюю часть 904b слоя, содержащую материал, адсорбирующий серу. Согласно некоторым аспектам верхняя часть 904а и нижняя часть 904b могут представлять собой два различных слоя. Согласно другим аспектам верхняя часть 904а и нижняя часть 904b могут представлять собой две разные зоны в одном и том же слое. Согласно другим вариантам реализации слой сорбента 904 для контроля за содержанием серы может содержать в основном материал, адсорбирующий серу. Согласно еще другим вариантам реализации слой 904 может содержать комбинацию материала для контроля за содержанием серы и материала, поглощающего серу, при этом слой 904 может представлять собой один слой. Предварительный реактор 903 может включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. Предварительный поток углеводородного сырья можно охарактеризовать первым уровнем серы, равным или превышающим примерно 50 ppbw, альтернативно равным или превышающим примерно 100 ppbw или альтернативно равным или превышающим примерно 200 ppbw. Первый уровень серы в предварительном потоке углеводородного сырья можно контролировать (например, определять) на линии 901. Поток углеводородного сырья можно охарактеризовать вторым уровнем серы, составляющим менее примерно 50 ppbw, альтернативно менее примерно 40 ppbw или альтернативно менее примерно 25 ppbw. Второй уровень серы в потоке углеводородного сырья можно контролировать (например, определять) на линии 902. Согласно вариантам реализации, когда второй уровень серы в потоке углеводородного сырья выше 50 ppmw, поток углеводородного сырья, проходящий по линии 902 в направлении первого реактора 910, может быть прерван, при этом альтернативный поток углеводородного сырья с уровнем серы ниже 50 ppbw можно ввести в линию 902. Альтернативный поток углеводородного сырья может представлять собой поток углеводородного сырья, который вводят в еще один предварительный реактор (не показанный на фиг. 9) для обхода предварительного реактора 903. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 902, можно нагревать в первой печи 908 для повышения температуры потока углеводородного сырья. Нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 909, можно ввести в первый реактор 910, при этом указанный первый реактор 910 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем слой 912 катализатора, и при этом указанный слой 912 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. Первый реактор 910 может включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья можно превратить в ароматические углеводороды в первом реакторе 910 с получением выходящего потока первого реактора. Согласно некоторым вариантам реализации выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 916, можно нагревать во второй печи 920 для повышения температуры выходящего потока первого реактора. Нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 922, можно ввести во второй реактор 940, при этом указанный второй реактор 940 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Согласно другим вариантам реализации выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 916а, можно нагревать в конвекционной зоне 930 реакторной печи 945 для дальнейшего повышения температуры выходящего потока первого реактора. Например, выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 916а, можно нагревать в конвекционной зоне 930 реакторной печи 945 до температуры риформинга нафты. Нагретый выходящий поток первого реактора, проходящий по линии 923, можно ввести во второй реактор 940, при этом указанный второй реактор 940 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Второй реактор 940 может включать любой из изотермических реакторов, описанных в настоящем документе. Второй реактор 940 может содержать множество трубок 942, в которых расположен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 942 может быть расположено внутри реакторной печи 945. Первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми или разными. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке первого реактора можно превратить в ароматические углеводороды во втором реакторе 940 с получением выходящего потока 944 второго реактора.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать прохождение потока углеводородного сырья через предварительный реактор (например, третий реактор), содержащий третий катализатор риформинга, перед введением потока углеводородного сырья в первый реактор (например, адиабатический реактор), содержащий первый катализатор риформинга нафты, с получением выходящего потока предварительного реактора, при этом третий катализатор может удалять часть серы в потоке углеводородного сырья, и при этом первый катализатор риформинга нафты, второй катализатор риформинга нафты во втором реакторе (например, изотермическом реакторе), расположенном после первого реактора, и третий катализатор риформинга могут быть одинаковыми или разными. Согласно такому варианту реализации предложенный способ может дополнительно включать (i) определение уменьшения температуры между потоком углеводородного сырья и выходящим потоком предварительного реактора; и (ii) прекращение введения потока сырья в предварительный реактор, когда указанное уменьшение температуры составляет меньше порогового значения. Третий катализатор риформинга в предварительном реакторе может служить двойной цели, состоящей в риформинге части конвертируемых углеводородов в потоке углеводородного сырья и удалении части серы в потоке углеводородного сырья. Реакции риформинга нафты являются сильно эндотермическими, и по существу температура выходящего потока предварительного реактора ниже температуры потока углеводородного сырья перед поступлением в предварительный реактор. Уменьшение каталитической активности третьего катализатора риформинга может привести к реакциям риформинга нафты, протекающим в меньшей степени, что, в свою очередь, может привести к меньшему снижению температуры между потоком углеводородного сырья и выходящим потоком предварительного реактора (например, может привести к более высокой температуре выходящего потока предварительного реактора, чем ожидалось). Уменьшение каталитической активности третьего катализатора риформинга может быть связано с присутствием серы в потоке углеводородного сырья, например, дезактивацией или отравлением катализатора серой в потоке углеводородного сырья. Уменьшение каталитической активности третьего катализатора риформинга, на которое указывает меньшее снижение температуры между потоком углеводородного сырья и выходящим потоком предварительного реактора (например, повышение температуры выходящего потока предварительного реактора), может в общем случае указывать на то, что катализатор является отработанным и должен быть регенерирован.
Согласно некоторым вариантам реализации третий реактор, содержащий третий катализатор риформинга, может работать параллельно с первым реактором, содержащим первый катализатор риформинга нафты, так что когда либо первый катализатор риформинга нафты, либо третий катализатор риформинга становится отработанным, в третьем реакторе или первом реакторе, соответственно, можно продолжать процесс риформинга нафты с обеспечением, тем самым, непрерывного процесса риформинга нафты.
Вариант реализации общего процесса 950 риформинга нафты показан на фиг. 9В. На входе в указанный процесс поток углеводородного сырья подают по линии 952. Поток углеводородного сырья, проходящий по линии 952, можно нагревать в первой печи 958 для повышения температуры потока углеводородного сырья. Первую часть 959а нагретого потока углеводородного сырья, проходящую по линии 959, можно ввести в первый реактор 960, при этом указанный первый реактор 960 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем слой 962 катализатора, и при этом указанный слой 962 катализатора может содержать первый катализатор риформинга нафты. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в нагретом потоке углеводородного сырья, проходящем по линии 959а, можно превратить в ароматические углеводороды в первом реакторе 960 с получением выходящего потока первого реактора. Вторую часть 959b нагретого потока углеводородного сырья, проходящую по линии 959, можно ввести в третий реактор 965, при этом указанный третий реактор 965 может представлять собой адиабатический реактор с радиальным потоком, содержащий расположенный в нем слой 963 катализатора, и при этом указанный слой 963 катализатора может содержать третий катализатор риформинга. Первый реактор 960 и/или третий реактор 965 могут включать любой из адиабатических реакторов, описанных в настоящем документе. По меньшей мере часть конвертируемых углеводородов в нагретом потоке углеводородного сырья, проходящем по линии 959b, можно превратить в ароматические углеводороды в третьем реакторе 965 с получением выходящего потока третьего реактора. Уменьшение каталитической активности третьего катализатора риформинга, на которое указывает меньшее снижение температуры между потоком углеводородного сырья, проходящим по линии 959b, и выходящим потоком третьего реактора, проходящим по линии 966b (например, повышение температуры выходящего потока третьего реактора), может в общем случае указывать на то, что третий катализатор риформинга является отработанным и каталитическая активность должна быть восстановлена. В таком случае нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 959b, можно перекрыть вместе с потоком выходящего потока третьего реактора, проходящим по линии 966b, для изоляции третьего реактора и восстановления каталитической активности в третьем реакторе 965. Аналогичным образом, уменьшение каталитической активности первого катализатора риформинга нафты, на которое указывает меньшее снижение температуры между потоком углеводородного сырья, проходящим по линии 959а, и выходящим потоком первого реактора, проходящим по линии 966а (например, повышение температуры выходящего потока первого реактора), может в общем случае указывать на то, что первый катализатор риформинга нафты является отработанным и каталитическая активность должна быть восстановлена. В таком случае нагретый поток углеводородного сырья, проходящий по линии 959а, можно перекрыть вместе с выходящим потоком первого реактора, проходящим по линии 966а, для изоляции первого реактора и восстановления каталитической активности в первом реакторе 960. Согласно некоторым вариантам реализации выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 966 (например, объединенные потоки выходящего потока первого реактора, проходящего по линии 966а, и выходящего потока второго реактора, проходящего по линии 966b), можно нагревать во второй печи 970 для повышения температуры выходящего потока адиабатического реактора. Нагретый выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 972, можно ввести во второй реактор 980, при этом указанный второй реактор 980 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Согласно другим вариантам реализации выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 967 (например, объединенные потоки выходящего потока первого реактора, проходящего по линии 966а, и выходящего потока второго реактора, проходящего по линии 966b), можно нагревать в конвекционной зоне 975 реакторной печи 990 для дальнейшего повышения температуры выходящего потока адиабатического реактора. Например, выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 967, можно нагревать в конвекционной зоне 975 реакторной печи 990 до температуры риформинга нафты. Нагретый выходящий поток адиабатического реактора, проходящий по линии 973, можно ввести во второй реактор 980, при этом указанный второй реактор 980 может работать в условиях изотермического риформинга нафты. Второй реактор 980 может включать любой из изотермических реакторов, описанных в настоящем документе. Второй реактор 980 может содержать множество трубок 982, в которых размещен второй катализатор риформинга нафты, при этом указанное множество трубок 982 может быть расположено внутри реакторной печи 990. Первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты могут быть одинаковыми или разными. По меньшей мере дополнительную часть конвертируемых углеводородов в выходящем потоке адиабатического реактора можно превратить в ароматические углеводороды во втором реакторе 980 с получением выходящего потока 984 второго реактора.
Согласно одному из вариантов реализации повышение температуры на выходе из реактора во втором реакторе (например, изотермическом реакторе) может указывать на потерю активности в эндотермической реакции, например, может указывать на то, что катализатор риформинга нафты во втором реакторе (например, второй катализатор риформинга нафты) является отработанным и каталитическая активность должна быть восстановлена. Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может дополнительно включать (i) прекращение подачи выходящего потока первого реактора в изотермический реактор; (ii) регенерацию второго катализатора риформинга нафты в изотермическом реакторе; и (iii) возврат выходящего потока первого реактора в изотермический реактор после регенерации второго катализатора риформинга нафты. Согласно некоторым вариантам реализации реакторная система для проведения процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, может содержать два изотермических реактора (например, первый изотермический реактор и второй изотермический реактор), соединенных параллельно, так что когда либо второй катализатор риформинга нафты в первом изотермическом реакторе, либо второй катализатор риформинга нафты во втором изотермическом реакторе, становится отработанным, второй изотермический реактор или первый изотермический реактор, соответственно, могут продолжать процесс риформинга нафты с обеспечением, тем самым, непрерывного процесса риформинга нафты.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты, описанный в настоящем документе, может включать работу реакторной системы риформинга нафты, содержащей множество реакторов, до тех пор, пока считается, что реактор не содержит отработанный катализатор, при этом каждый из множества реакторов содержит катализатор, содержащий цеолит, способный превращать по меньшей мере часть потока углеводородного сырья в ароматические углеводороды; изоляцию реактора, содержащего отработанный катализатор, от остального множества реакторов; восстановление способности реактора, содержащего отработанный катализатор, превращать по меньшей мере часть потока углеводородного сырья в ароматические углеводороды; подготовку реактора к возобновлению превращения потока углеводородного сырья; возврат потока углеводородного сырья в реактор в путем соединения указанного реактора с остальным множеством реакторов; и возобновление работы реакторной системы риформинга нафты для превращения по меньшей мере части потока углеводородного сырья в ароматические углеводороды.
Согласно одному из вариантов реализации способ осуществления процесса риформинга нафты для получения ароматических углеводородов, описанный в настоящем документе, может успешно демонстрировать улучшения одной или более технологических характеристиках по сравнению с общепринятыми способами проведения процесса риформинга нафты для получения ароматических углеводородов. В обычных способах осуществления процесса риформинга нафты для получения ароматических углеводородов обычно используют по меньшей мере от 5 до 10 адиабатических реакторов, работающих последовательно, для достижения требуемой степени превращения конвертируемых углеводородов в ароматические углеводороды. Согласно одному из вариантов реализации в реакторной системе для осуществления процесса риформинга нафты, описанной в настоящем документе, можно успешно использовать от 1 до 2 адиабатических реактора и от 1 до 2 изотермических реактора для достижения аналогичной требуемой степени превращения конвертируемых углеводородов в ароматические углеводороды, что, тем самым, позволяет снизить капитальные и эксплуатационные расходы. Адиабатический реактор(ы) будет подвергаться воздействию наибольшей части эндотермичности, связанной с реакциями риформинга нафты, за счет превращения легко конвертируемых углеводородов, что, таким образом, уменьшает тепловой поток на входном конце множества трубок изотермического реактора, обеспечивая, тем самым, возможность проведения остальной части реакций риформинга нафты в изотермическом реакторе без металлургических проблем или применения высоколегированных сталей, связанных с работой при таких высоких уровнях теплового потока.
Согласно одному из вариантов реализации первый реактор (например, адиабатический реактор) может успешно служить в качестве средства раннего предупреждения в случае загрязнения сырья серой. В случае потери эндотермичности в первом реакторе подачу сырья можно перекрыть, при этом катализатор риформинга нафты во втором реакторе (например, изотермическом реакторе, расположенном ниже по потоку) может быть защищен от загрязнения серой. Способность предупреждения о загрязнении первого реактора позволяет успешно устранить необходимость в конвертере-адсорбере серы (SCA). Другое преимущество устранения SCA состоит в том, что все ароматические соединения в сырье должны быть превращены в SCA в циклоалканы, которые затем снова будут превращены в ароматические соединения в секции риформинга нафты такой установки. Таким образом, конечная степень превращение и конечное содержание в процентах ароматических соединений в выходящем потоке выиграют от присутствия ароматических соединений в сырье. При применении SCA присутствие ароматических соединений в сырье оказывает отрицательное воздействие на общую производительность установки.
В качестве дополнительного преимущества реакторной системы и способов, описанных в настоящем документе, рабочие условия реакций риформинга нафты можно изменить для получения дополнительных эксплуатационных преимуществ. Согласно одному из вариантов реализации рабочие условия процесса риформинга нафты могут быть смягчены при применении систем и способов, описанных в настоящем документе. Например, можно уменьшить значения давления и температуры, применяемые в предложенной системе, в том числе в реакторной секции риформинга нафты. Согласно одному из вариантов реализации температуры внутри предложенной системы можно поддерживать ниже примерно 1000°F (538°С), альтернативно ниже примерно 950°F (510°С) или альтернативно ниже примерно 900°F (482°С), что, в свою очередь, может уменьшить науглероживание и интенсивности потерь металлов. Уменьшение рабочей температуры может привести к снижению эффективности превращения в адиабатическом реакторе(ах). Для компенсации такого снижения эффективности превращения можно использовать рециркулируемый поток, содержащий непрореагировавшие взаимодействующие вещества, с обеспечением общей эквивалентной эффективности превращения, или, при необходимости, можно изменить размеры реакторов. Внутри предложенной системы можно использовать множество рециркуляционных линий для обеспечения в указанной реакторной системе множества конфигураций рециркуляции. Кроме того, уменьшение рабочей температуры позволяет уменьшить или исключить применение жаропрочных сплавов для трубопроводов и/или металлических защитных слоев на поверхностях трубопроводов и оборудования, находящихся в контакте с потоком углеводородного сырья, как описано выше. Уменьшение или исключение применения жаропрочных сплавов для трубопроводов и/или металлических защитных слоев может обеспечить значительную экономию капитальных затрат в общей системе. Смягчение рабочих условий также может привести к увеличению срока службы катализатора с тем, чтобы катализатор дезактивировался с более медленной скоростью.
Снижение максимальных температур, которые обычно наблюдаются в адиабатической конфигурации, приведет к уменьшению степени нежелательного крекинга углеводородов с образованием легких газов (например, метана).
Согласно одному из вариантов реализации катализатор риформинга нафты во втором реакторе (например, изотермическом реакторе) преимущественно может быть по существу постоянно активным, в отличие от катализатора риформинга нафты в адиабатических реакторах, при этом только часть катализатора риформинга находится выше пороговой температуры эндотермической реакции и, следовательно, является активной. В адиабатическом реакторе катализатор риформинга, который находится ниже пороговой температуры эндотермической реакции вследствие потери тепла на эндотермическую реакцию, является большей частью неактивным. В начале процесса и в течение большей части процесса такой неиспользованный катализатор представляет собой большую часть катализатора в реакторе. Катализатор, который в изотермическом реакторе является все время активным, позволяет успешно использовать меньшее количество катализатора. Применение слоя отсортированного катализатора (как по активности, так и по размеру частиц) может успешно обеспечивать работу и поддержание условий изотермического риформинга нафты, при этом необходимое количество каталитически активного металла (например, металла VIII группы, Pt) уменьшается вследствие того, что по существу весь каталитически активный металл в изотермическом реакторе используют постоянно, в отличие от адиабатического реактора, в котором большая часть каталитически активного металла не работает в любой данный момент времени. Кроме того, трубчатая конструкция изотермического реактора может быть более подвержена регенерации катализатора в реакционной смеси по сравнению с реактором с радиальным потоком. Для обеспечения в изотермическом реакторе(ах) регенерации катализатора в реакционной смеси можно добавить систему подачи галогенидов.
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система для осуществления процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, позволяет успешно извлекать часть тепла выходящих потоков реактора путем применения указанных выходящих потоков в теплообменниках для нагревания потоков углеводородного сырья, направляемых в реакторы, как описано ранее в настоящем документе.
Согласно одному из вариантов реализации реакторная система для осуществления процесса риформинга нафты, описанная в настоящем документе, позволяет успешно обеспечивать непрерывную работу путем применения реакторов, соединенных параллельно, например, двух или более адиабатических реакторов, расположенных параллельно, и двух или более изотермических реакторов, расположенных параллельно. Восстановление активности катализатора в одном реакторе не потребует остановки всей установки. Кроме того, при необходимости увеличения производства (например, для обеспечения более высоких скоростей подачи), можно добавить еще один изотермический реактор, соединенный параллельно с существующим изотермическим реактором(ами); и/или можно добавить другой адиабатический реактор, соединенный параллельно с существующим адиабатическим реактором(ами).
Согласно одному из вариантов реализации применение слоя отсортированного катализатора во втором реакторе (например, изотермическом реакторе) может успешно приводить к уменьшению перепада давления вдоль изотермического реактора. Кроме того, удаление SCA из реакторной системы может обеспечить дальнейшее уменьшение общего перепада давления в реакторной системе. Более низкий перепад давления может в общем случае привести к эксплуатационной экономии (например, компрессора и связанной энергии). Более низкий перепад рабочего давления позволяет снизить значения давления на входе, а более низкие значения давления позволяют увеличить степень превращения (количество молей в реакции увеличивается, поэтому более низкие значения давления способствуют превращению). Слой отсортированного катализатора не только обеспечивает меньший перепад давления, но и скорость увеличения перепада давления во время процесса уменьшается. В частности, значительно снижается скорость закупоривания (или повышение перепада давления) в верхней зоне изотермического реактора. Именно первая или верхняя зона являются наиболее подверженными закупориванию, при этом перепад давления увеличивается. Дополнительные преимущества предложенных систем и/или способов проведения процесса риформинга нафты с получением ароматических углеводородов, как описано в настоящем документе, могут быть очевидны специалисту в данной области при рассмотрении описания настоящего изобретения.
Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими примерами, которые никоим образом не должны рассматриваться как налагающие ограничения на объем данного изобретения. Напротив, следует четко понимать, что можно прибегать к различным другим аспектам, вариантам реализации, модификациям и их эквивалентам, которые после прочтения описания, приведенного в настоящем документе, могут быть предложены специалисту в данной области техники без отступления от сущности настоящего изобретения или объема прилагаемой формулы изобретения.
ПРИМЕРЫ
После описания настоящего изобретения в целом следующие примеры демонстрируют его практическую реализацию и преимущества. Понятно, что такие примеры приведены в качестве иллюстрации и не предназначены для ограничения описания приведенной ниже формулы изобретения каким-либо образом.
ПРИМЕР 1
Прочность на раздавливание частиц катализатора риформинга нафты исследовали в соответствии с методом ASTM D 6175-98 «Standard Test Method for Radial Crush Strength of Extruded Catalyst», за исключением того, что сила, приложенная к образцу, была приложена в поперечном направлении. Для испытания использовали экструдаты размером 1/8 дюйма (3,2 мм). К частицам катализатора с размерами 0,3783 дюйма (примерно 9,6 мм) в длину и 0,1260 дюйма (примерно 3,2 мм) в диаметре была приложена сила на уровне 3,80 фунт/мм (примерно 1,72 кг/мм), при этом полученные результаты приведены в таблице 1.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ
Далее приведены неограничивающие конкретные варианты реализации согласно настоящему изобретению:
ЧАСТЬ А
Первый вариант реализации, представляющий собой способ, включающий введение потока углеводородного сырья в первый реактор, работающий в условиях адиабатического риформинга нафты, при этом указанный первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты, и при этом поток углеводородного сырья содержит конвертируемый углеводород; превращение в первом реакторе по меньшей мере части конвертируемого углеводорода в потоке углеводородного сырья в ароматический углеводород с получением выходящего потока первого реактора; прохождение выходящего потока первого реактора из первого реактора во второй реактор, работающий в условиях изотермического риформинга нафты, при этом указанный второй реактор содержит второй катализатор риформинга нафты, и при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными; превращение во втором реакторе по меньшей мере дополнительной части конвертируемого углеводорода в выходящем потоке первого реактора в дополнительное количество ароматического углеводорода с получением выходящего потока второго реактора; и извлечение выходящего потока второго реактора из второго реактора.
Второй вариант реализации, представляющий собой способ согласно первому варианту реализации, дополнительно включающий: нагревание потока углеводородного сырья в первой печи перед введением указанного потока углеводородного сырья в первый реактор.
Третий вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому из первого и второго вариантов реализации, в котором первый реактор включает реактор с радиальным потоком.
Четвертый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по третий вариантов реализации, в котором второй реактор содержит множество трубок с расположенными в них частицами второго катализатора риформинга нафты, при этом указанное множество трубок расположено внутри реакторной печи.
Пятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно четвертому варианту реализации, в котором множество трубок нагревают в реакторной печи с помощью горелок.
Шестой вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по пятый вариантов реализации, дополнительно включающий нагревание выходящего потока первого реактора внутри реакторной печи, при этом нагревание выходящего потока первого реактора внутри второго реактора происходит во время превращения.
Седьмой вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по шестой вариантов реализации, дополнительно включающий нагревание выходящего потока первого реактора во второй печи перед прохождением выходящего потока первого реактора во второй реактор.
Восьмой вариант реализации, представляющий собой способ согласно седьмому варианту реализации, в котором нагревание выходящего потока первого реактора включает нагревание выходящего потока первого реактора при одновременном охлаждении выходящего потока второго реактора путем теплообмена в теплообменнике типа «подаваемый поток/выходящий поток» с получением выходящего потока теплообменника типа «подаваемый поток/выходящий поток».
Девятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по восьмой вариантов реализации, в котором второй реактор расположен внутри реакторной печи, при этом указанная реакторная печь содержит радиационную зону и конвекционную зону, и при этом нагревание выходящего потока первого реактора включает нагревание выходящего потока первого реактора внутри трубок, расположенных в конвекционной зоне.
Десятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по девятый вариантов реализации, дополнительно включающий перед введением потока углеводородного сырья в первый реактор обработку потока углеводородного сырья с помощью слоя материала, адсорбирующего серу, в предварительном реакторе.
Одиннадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно десятому варианту реализации, в котором слой материала, адсорбирующего серу, содержит гидроксид калия на оксиде алюминия.
Двенадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по одиннадцатый вариантов реализации, в котором слой материала, адсорбирующего серу, расположен в предварительном реакторе после слоя материала, превращающего серу, содержащего Pt на оксиде алюминия.
Тринадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по двенадцатый вариантов реализации, в котором предварительный реактор содержит первый катализатор риформинга нафты, второй катализатор риформинга нафты, третий катализатор риформинга или их комбинации в качестве материала, адсорбирующего серу.
Четырнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по тринадцатый вариантов реализации, дополнительно включающий нагревание потока углеводородного сырья при одновременном охлаждении выходящего потока второго реактора путем теплообмена между выходящим потоком второго реактора и потоком углеводородного сырья.
Пятнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по четырнадцатый вариантов реализации, дополнительно включающий нагревание выходящего потока первого реактора при одновременном охлаждении выходящего потока второго реактора путем теплообмена между выходящим потоком второго реактора и выходящим потоком первого реактора.
Шестнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по пятнадцатый вариантов реализации, в котором второй катализатор риформинга нафты, первый катализатор риформинга нафты или оба содержат цеолитный катализатор риформинга нафты.
Семнадцатый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему, содержащую первый реактор, содержащий первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие, при этом указанный первый реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве адиабатического реактора, и при этом первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты; и второй реактор, содержащий второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, при этом второе впускное отверстие сообщается по текучей среде с первым выпускным отверстием первого реактора, при этом второй реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве изотермического реактора, при этом указанный второй реактор содержит второй катализатор риформинга нафты, и при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными.
Восемнадцатый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно семнадцатому варианту реализации, в которой первый реактор включает реактор с радиальным потоком.
Девятнадцатый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому из семнадцатого и восемнадцатого вариантов реализации, в которой второй реактор содержит множество трубок, расположенных внутри реакторной печи, при этом каждая трубка из указанного множества трубок содержит второй катализатор риформинга нафты.
Двадцатый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно девятнадцатому варианту реализации, в которой множество трубок не содержит металлический защитный слой, содержащий станнид.
Двадцать первый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от семнадцатого по двадцатый вариантов реализации, в которой первое впускное отверстие, второе впускное отверстие или и то и другое выполнены с возможностью поддержания температуры ниже 1000°F (538°С).
Двадцать второй вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от семнадцатого по двадцать первый вариантов реализации, дополнительно содержащую трубки, расположенные внутри первой печи, сообщающиеся по текучей среде с первым впускным отверстием, при этом указанная первая печь выполнена с возможностью нагревания потока углеводородного сырья перед поступлением указанного потока углеводородного сырья в первое впускное отверстие.
Двадцать третий вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от семнадцатого по двадцать второй вариантов реализации, дополнительно содержащую трубки, расположенные внутри второй печи, сообщающиеся по текучей среде со вторым впускным отверстием, при этом указанная вторая печь выполнена с возможностью нагревания выходящего потока первого реактора перед поступлением указанного выходящего потока первого реактора во второе впускное отверстие.
Двадцать четвертый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от семнадцатого по двадцать третий вариантов реализации, дополнительно содержащую теплообменные трубки, расположенные в конвекционной зоне реакторной печи, сообщающиеся по текучей среде со вторым впускным отверстием, при этом указанная реакторная печь выполнена с возможностью нагревания выходящего потока первого реактора перед поступлением указанного выходящего потока первого реактора во второе впускное отверстие.
Двадцать пятый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно двадцать второму варианту реализации, дополнительно содержащую предварительный реактор, сообщающийся по текучей среде с первым впускным отверстием, при этом указанный предварительный реактор расположен перед первой печью.
Двадцать шестой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от семнадцатого по двадцать пятый вариантов реализации, дополнительно содержащую теплообменник, при этом указанный теплообменник выполнен с возможностью обеспечения термического контакта между текучей средой, проходящей через второе выпускное отверстие, и текучей средой, проходящей через первое выпускное отверстие.
Двадцать седьмой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от семнадцатого по двадцать шестой вариантов реализации, дополнительно содержащую теплообменник, при этом указанный теплообменник выполнен с возможностью обеспечения термического контакта между текучей средой, проходящей через второе выпускное отверстие, и текучей средой, входящей во второе впускное отверстие.
Двадцать восьмой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от семнадцатого по двадцать седьмой вариантов реализации, дополнительно содержащую третий реактор, содержащий третье впускное отверстие и третье выпускное отверстие, при этом указанный третий реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве адиабатического реактора, при этом третий реактор содержит третий катализатор риформинга, и при этом третье выпускное отверстие сообщается по текучей среде с первым впускным отверстием, при этом третий катализатор риформинга представляет собой первый катализатор риформинга нафты или второй катализатор риформинга нафты или отличается от указанных катализаторов.
Двадцать девятый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от семнадцатого по двадцать восьмой вариантов реализации, при этом указанная реакторная система не содержит конвертер-адсорбер серы.
Тридцатый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему, содержащую множество адиабатических реакторов, при этом каждый адиабатический реактор из множества адиабатических реакторов содержит первый катализатор риформинга нафты; подающий коллектор, соединенный по текучей среде с по меньшей мере одним из множества адиабатических реакторов посредством одной или более линий подачи; промежуточный продуктовый коллектор, соединенный по текучей среде с по меньшей мере одним из множества адиабатических реакторов посредством одной или более продуктовых линий; один или более изотермических реакторов, соединенных по текучей среде с промежуточным продуктовым коллектором посредством одной или более впускных линий, при этом один или более изотермических реакторов содержат второй катализатор риформинга нафты, и при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными; и коллектор для выходящего потока, соединенный по текучей среде с одним или более изотермическими реакторами посредством одной или более отводящих линий, при этом формируется последовательная траектория движения потока из подающего коллектора через один или более из множества адиабатических реакторов, через промежуточный продуктовый коллектор, через по меньшей мере один из одного или более изотермических реакторов в коллектор для выходящего потока.
Тридцать первый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно тридцатому варианту реализации, дополнительно содержащую множество печей, при этом каждая печь из указанного множества печей соответствует одному из адиабатических реакторов из множества адиабатических реакторов, при этом каждая печь из множества печей соединена по текучей среде с соответствующим адиабатическим реактором и подающим коллектором и расположена между ними.
Тридцать второй вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому из тридцатого и тридцать первого вариантов реализации, в которой множество адиабатических реакторов расположены последовательно между подающим коллектором и промежуточным продуктовым коллектором.
Тридцать третий вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому из тридцатого и тридцать первого вариантов реализации, в которой множество адиабатических реакторов расположены параллельно между подающим коллектором и промежуточным продуктовым коллектором.
Тридцать четвертый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от тридцатого по тридцать третий вариантов реализации, в которой один или более изотермических реакторов включают два или более изотермических реактора, расположенных параллельно между промежуточным продуктовым коллектором и коллектором для выходящего потока.
Тридцать пятый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от тридцатого по тридцать четвертый вариантов реализации, в которой множество адиабатических реакторов включает множество реакторов с радиальным потоком.
Тридцать шестой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от тридцатого по тридцать пятый вариантов реализации, дополнительно содержащую систему регенерации катализатора, соединенную с множеством адиабатических реакторов с помощью множества поточных линий; и множество клапанов, расположенных на одной или более линиях подачи, одной или более продуктовых линиях и поточных линиях, при этом указанное множество клапанов выполнено с возможностью управления в динамическом режиме для изоляции по меньшей мере одного из адиабатических реакторов из множества адиабатических реакторов и соединения по текучей среде по меньшей мере одного изолированного адиабатического реактора с системой регенерации катализатора, в то время как остальные адиабатические реакторы остаются в рабочем состоянии.
Тридцать седьмой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от тридцатого по тридцать шестой вариантов реализации, дополнительно содержащую систему регенерации катализатора, соединенную с одним или более изотермическими реакторами с помощью множества поточных линий; и множество клапанов, расположенных на одной или более впускных линиях, одной или более отводящих линиях и поточных линиях, при этом указанное множество клапанов выполнено с возможностью управления в динамическом режиме для изоляции по меньшей мере одного изотермического реактора из одного или более изотермических реакторов и соединения по текучей среде по меньшей мере одного изолированного изотермического реактора с системой регенерации катализатора, в то время как остальные изотермические реакторы остаются в рабочем состоянии.
Тридцать восьмой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому из тридцать шестого и тридцать седьмого вариантов реализации, в которой система регенерации катализатора содержит источник галогенида, с помощью которого во время регенерации галогенид добавляют к первому катализатору риформинга нафты, второму катализатору риформинга нафты или и к тому и другому.
ЧАСТЬ Б
Первый вариант реализации, представляющий собой способ, включающий введение потока углеводородного сырья в первый реактор, работающий в условиях адиабатического риформинга нафты, при этом указанный первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты, и при этом указанный поток углеводородного сырья содержит конвертируемый углеводород; превращение в первом реакторе по меньшей мере части конвертируемого углеводорода в потоке углеводородного сырья в ароматический углеводород с получением выходящего потока первого реактора; прохождение выходящего потока первого реактора из первого реактора во второй реактор, работающий в условиях изотермического риформинга нафты, при этом указанный второй реактор содержит второй катализатор риформинга нафты, и при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными; превращение во втором реакторе по меньшей мере дополнительной части конвертируемого углеводорода в выходящем потоке первого реактора в дополнительное количество ароматического углеводорода с получением выходящего потока второго реактора; и извлечение выходящего потока второго реактора из второго реактора, при этом количество первого катализатора риформинга нафты в первом реакторе меньше количества второго катализатора риформинга нафты во втором реакторе.
Второй вариант реализации, представляющий собой способ согласно первому варианту реализации, дополнительно включающий нагревание потока углеводородного сырья в первой печи перед введением указанного потока углеводородного сырья в первый реактор.
Третий вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому из первого и второго вариантов реализации, в котором рабочая температура в первом реакторе не превышает 1000°F (538°С).
Четвертый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по третий вариантов реализации, в котором рабочая температура во втором реакторе не превышает 1000°F (538°С).
Пятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по четвертый вариантов реализации, в котором второй реактор содержит множество трубок с расположенными в них частицами второго катализатора риформинга нафты, при этом указанное множество трубок расположено внутри реакторной печи, и при этом указанный способ дополнительно включает: нагревание выходящего потока первого реактора внутри реакторной печи.
Шестой вариант реализации, представляющий собой способ согласно пятому варианту реализации, в котором множество трубок нагревают в реакторной печи с помощью горелок.
Седьмой вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по пятый вариантов реализации, в котором множество трубок нагревают с помощью теплообменной среды или расплавленной соли.
Восьмой вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по седьмой вариантов реализации, в котором по меньшей мере одна трубка из множества трубок содержит множество каталитических зон.
Девятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно восьмому варианту реализации, в котором выходящий поток первого реактора вступает в контакт со смесью частиц катализатора и первого материала в первой каталитической зоне из множества каталитических зон с получением выходящего потока первой каталитической зоны, при этом указанная первая каталитическая зона представляет собой первую каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора.
Десятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно девятому варианту реализации, в котором первый материал содержит инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или смесь обоих материалов.
Одиннадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по десятый вариантов реализации, в котором выходящий поток первой каталитической зоны вступает в контакт со второй каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока второй каталитической зоны, при этом указанная вторая каталитическая зона содержит вторую смесь из частиц катализатора и второго материала, при этом массовое отношение количества частиц катализатора ко второму материалу больше во второй каталитической зоне, чем массовое отношение количества частиц катализатора к первому материалу в первой каталитической зоне, при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной, и при этом указанное массовое отношение основано на массе катализатора при загрузке.
Двенадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно одиннадцатому варианту реализации, в котором второй материал содержит инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или смесь обоих материалов.
Тринадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по восьмой вариантов реализации, в котором выходящий поток первого реактора вступает в контакт с частицами катализатора в первой каталитической зоне из множества каталитических зон с получением выходящего потока первой каталитической зоны, при этом указанная первая каталитическая зона представляет собой первую каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора; при этом выходящий поток первой каталитической зоны вступает в контакт со второй каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока второй каталитической зоны, при этом указанная вторая каталитическая зона содержит смесь второй зоны из частиц катализатора и второго материала, при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной; и при этом выходящий поток второй каталитической зоны вступает в контакт с третьей каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока третьей каталитической зоны, при этом указанная третья каталитическая зона содержит частицы катализатора или смесь третьей зоны из частиц катализатора и третьего материала, при этом третья каталитическая зона расположена после второй каталитической зоны, и при этом третья каталитическая зона представляет собой последнюю каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора.
Четырнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно тринадцатому варианту реализации, в котором смесь третьей зоны содержит инертный материал, катализатор изомеризации или смесь, как инертного материала, так и катализатора изомеризации.
Пятнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по восьмой вариантов реализации, в котором выходящий поток первого реактора вступает в контакт с первой каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока первой каталитической зоны, при этом указанная первая каталитическая зона содержит смесь первой зоны из частиц катализатора и первого материала, при этом первая каталитическая зона представляет собой первую каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора; при этом выходящий поток первой каталитической зоны вступает в контакт со второй каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока второй каталитической зоны, при этом указанная вторая каталитическая зона содержит частицы катализатора, при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной; и при этом выходящий поток второй каталитической зоны вступает в контакт с третьей каталитической зоной из множества каталитических зон с получением выходящего потока третьей каталитической зоны, при этом указанная третья каталитическая зона содержит частицы катализатора или смесь третьей зоны из частиц катализатора и третьего материала, при этом третья каталитическая зона расположена после второй каталитической зоны, и при этом третья каталитическая зона представляет собой последнюю каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора.
Шестнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно пятнадцатому варианту реализации, в котором смесь третьей зоны содержит инертный материал, катализатор изомеризации или смесь, как инертного материала, так и катализатора изомеризации.
Семнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по двенадцатый вариантов реализации, в котором выходящий поток второй каталитической зоны вступает в контакт с остальными каталитическими зонами из множества каталитических зон, при этом каждая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит увеличивающееся количество частиц катализатора в направлении сверху вниз по потоку, и при этом конечная каталитическая зона из множества каталитических зон не содержит ни первого материала, ни второго материала, при этом конечная каталитическая зона представляет собой самую нижнюю по потоку каталитическую зону из множества каталитических зон.
Восемнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по семнадцатый вариантов реализации, в котором первая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит первый каталитический материал, содержащий частицы первого размера, при этом вторая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит второй каталитический материал, содержащий частицы второго размера, при этом первый размер частиц больше второго размера частиц, и при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной.
Девятнадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по восемнадцатый вариантов реализации, дополнительно включающий прохождение потока углеводородного сырья через предварительный реактор с получением выходящего потока предварительного реактора.
Двадцатый вариант реализации, представляющий собой способ согласно девятнадцатому варианту реализации, в котором предварительный реактор содержит сорбент для контроля за содержанием серы в чистом виде или в комбинации с материалом, превращающем серу, и при этом указанный способ дополнительно включает удаление части серы в потоке углеводородного сырья с помощью предварительного реактора; и определение первого уровня серы в потоке углеводородного сырья перед предварительным реактором; определение второго уровня серы в потоке углеводородного сырья после предварительного реактора; и прекращение введения потока сырья в первый реактор, когда уменьшение уровня серы между первым уровнем серы и вторым уровнем серы составляет меньше порогового значения.
Двадцать первый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по двадцатый вариантов реализации, в котором предварительный реактор содержит третий катализатор риформинга, и при этом первый катализатор риформинга нафты; второй катализатор риформинга нафты и третий катализатор риформинга являются одинаковыми или разными, и при этом указанный способ дополнительно включает определение уменьшения температуры между потоком углеводородного сырья и выходящим потоком предварительного реактора; и прекращение введения потока углеводородного сырья в предварительный реактор, когда указанное уменьшение температуры составляет меньше порогового значения.
Двадцать второй вариант реализации, представляющий собой способ согласно двадцать первому варианту реализации, в котором уменьшение температуры ниже порогового значения вызвано дезактивацией по меньшей мере части третьего катализатора риформинга вследствие присутствия серы в потоке углеводородного сырья.
Двадцать третий вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по двадцать второй вариантов реализации, дополнительно включающий прекращение подачи выходящего потока первого реактора во второй реактор, работающий в условиях изотермического реактора; регенерацию второго катализатора риформинга нафты во втором реакторе; и возврат выходящего потока первого реактора во второй реактор после регенерации второго катализатора риформинга нафты.
Двадцать четвертый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от первого по двадцать третий вариантов реализации, в котором первый реактор включает реактор с радиальным потоком.
Двадцать пятый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему риформинга нафты, содержащую первый реактор, содержащий первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие, при этом указанный первый реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве адиабатического реактора, и при этом первый реактор содержит первый катализатор риформинга нафты; и второй реактор, содержащий второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие, при этом второе впускное отверстие сообщается по текучей среде с первым выпускным отверстием первого реактора, при этом указанный второй реактор выполнен с возможностью функционирования в качестве изотермического реактора, и при этом второй реактор содержит множество трубок, расположенных внутри реакторной печи, источник тепла, выполненный с возможностью нагревания внутренней части реакторной печи; и второй катализатор риформинга нафты, расположенный внутри указанного множества трубок, при этом первый катализатор риформинга нафты и второй катализатор риформинга нафты являются одинаковыми или разными.
Двадцать шестой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно двадцать пятому варианту реализации, в которой множество трубок содержит от примерно 250 до примерно 5000 трубок в печи.
Двадцать седьмой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому из двадцать пятого и двадцать шестого вариантов реализации, в которой множество трубок имеет отношение длины к диаметру, составляющее от примерно 25 до примерно 150.
Двадцать восьмой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по двадцать седьмой вариантов реализации, в которой множество трубок имеет внутренний диаметр от примерно 0,5 дюйма (13 мм) до примерно 4,0 дюймов (102 мм).
Двадцать девятый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по двадцать восьмой вариантов реализации, в которой по меньшей мере одна трубка из множества трубок содержит множество каталитических зон.
Тридцатый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно двадцать девятому варианту реализации, в которой первая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит смесь частиц катализатора риформинга нафты и инертного материала, менее активного каталитического материала для риформинга нафты или смесь обоих материалов, и при этом первая каталитическая зона расположена на входном конце по меньшей мере одной трубки внутри реакторной печи.
Тридцать первый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по тридцатый вариантов реализации, в которой вторая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит только катализатор риформинга нафты без инертного материала, и при этом вторая каталитическая зона расположена после первой каталитической зоны.
Тридцать второй вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому из двадцать пятого и тридцать первого вариантов реализации, в которой каждая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит увеличивающееся количество частиц катализатора риформинга нафты и уменьшающееся количество менее активного каталитического материала для риформинга нафты в направлении сверху вниз по потоку, и при этом конечная каталитическая зона из множества каталитических зон содержит не менее активный каталитический материал для риформинга нафты, при этом конечная каталитическая зона представляет собой самую нижнюю по потоку каталитическую зону из множества каталитических зон.
Тридцать третий вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно тридцать второму варианту реализации, в которой конечная каталитическая зона из множества каталитических зон содержит смесь катализатора риформинга нафты и катализатора изомеризации, при этом конечная каталитическая зона представляет собой самую нижнюю по потоку каталитическую зону из множества каталитических зон.
Тридцать четвертый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по тридцать третий вариантов реализации, в которой первая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит первый каталитический материал, содержащий частицы первого размера, при этом вторая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит второй каталитический материал, содержащий частицы второго размера, при этом первый размер частиц больше второго размера частиц, и при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной в по меньшей мере одной трубке.
Тридцать пятый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по тридцать четвертый вариантов реализации, в которой по меньшей мере одна трубка из множества трубок содержит слой отсортированного катализатора.
Тридцать шестой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно тридцать пятому варианту реализации, в которой слой отсортированного катализатора содержит увеличивающееся количество второго катализатора риформинга нафты, расположенного в по меньшей мере одной трубке, на единицу объема вдоль длины по меньшей мере одной трубки в направлении потока, и при этом остаток материала на единицу объема представляет собой инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или смесь обоих материалов.
Тридцать седьмой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по тридцать шестой вариантов реализации, в которой первый реактор включает реактор с радиальным потоком.
Тридцать восьмой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по тридцать седьмой вариантов реализации, в которой отношение количества первого катализатора риформинга нафты в первом реакторе к количеству второго катализатора риформинга нафты во втором реакторе составляет от примерно 1:2 до примерно 1:10 по массе свежего катализатора.
Тридцать девятый вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по тридцать восьмой вариантов реализации, в которой множество трубок не содержит металлический защитный слой, содержащий станнид.
Сороковой вариант реализации, представляющий собой реакторную систему согласно любому от двадцать пятого по тридцать девятый вариантов реализации, в которой катализатор риформинга нафты применяют в таком количестве, чтобы его можно было по существу полностью использовать, когда второй катализатор риформинга нафты, расположенный внутри множества трубок, работает при температуре выше пороговой температуры эндотермической реакции.
Сорок первый вариант реализации, представляющий собой способ, включающий введение потока углеводородного сырья в реактор с радиальным потоком, работающий в условиях адиабатического риформинга нафты, при этом указанный реактор с радиальным потоком содержит первый катализатор риформинга нафты, и при этом указанный поток углеводородного сырья содержит конвертируемый углеводород; превращение в реакторе с радиальным потоком по меньшей мере части конвертируемого углеводорода в потоке углеводородного сырья в ароматический углеводород с получением выходящего потока первого реактора; прохождение выходящего потока первого реактора из реактора с радиальным потоком во второй реактор, работающий в условиях изотермического риформинга нафты, при этом указанный второй реактор содержит множество трубок, расположенных внутри реакторной печи, и второй катализатор риформинга нафты, расположенный внутри указанного множества трубок, и при этом множество трубок расположены параллельно между впускным отверстием и выпускным отверстием реакторной печи; прохождение выходящего потока первого реактора через множество трубок внутри второго реактора; превращение во втором реакторе по меньшей мере дополнительной части конвертируемого углеводорода в выходящем потоке первого реактора в дополнительное количество ароматического углеводорода с получением выходящего потока второго реактора, при этом во время такого превращения внутри реакторной печи нагревают множество трубок; и извлечение выходящего потока второго реактора из второго реактора.
Сорок второй вариант реализации, представляющий собой способ согласно сорок первому варианту реализации, в котором рабочая температура в реакторе с радиальным потоком не превышает 1000°F (538°С), и при этом рабочая температура во втором реакторе не превышает 1000°F (538°С).
Сорок третий вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому из сорок первого и сорок второго вариантов реализации, в котором выходящий поток первого реактора проходит через множество каталитических зон внутри по меньшей мере одной трубки из множества трубок при одновременном нагревании внутри реакторной печи.
Сорок четвертый вариант реализации, представляющий собой способ согласно сорок третьему варианту реализации, в котором выходящий поток первого реактора вступает в контакт со смесью частиц катализатора и первого материала в первой каталитической зоне из множества каталитических зон, при этом указанная первая каталитическая зона представляет собой первую каталитическую зону из множества каталитических зон, находящуюся в контакте с выходящим потоком первого реактора, при этом затем выходящий поток первого реактора вступает в контакт со второй смесью частиц катализатора и первого материала во второй каталитической зоне из множества каталитических зон, и при этом отношение объема частиц катализатора к объему первого материала выше во второй каталитической зоне, чем в первой каталитической зоне.
Сорок пятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от сорок первого по сорок четвертый вариантов реализации, в котором конечная каталитическая зона из множества каталитических зон не содержит никакого первого материала, при этом указанная конечная каталитическая зона представляет собой самую нижнюю по потоку каталитическую зону из множества каталитических зон.
Сорок шестой вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от сорок первого по сорок пятый вариантов реализации, в котором первый материал содержит инертный материал, менее активный каталитический материал для риформинга нафты или их смесь.
Сорок седьмой вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от сорок первого по сорок шестой вариантов реализации, в котором первая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит первый каталитический материал, содержащий частицы первого размера, при этом вторая каталитическая зона из множества каталитических зон содержит второй каталитический материал, содержащий частицы второго размера, при этом первый размер частиц больше второго размера частиц, и при этом первая каталитическая зона расположена перед второй каталитической зоной.
Сорок восьмой вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от сорок первого по сорок седьмой вариантов реализации, в котором прочность на раздавливание катализатора составляет более 4 фунтов силы (фунт-сила, 17,8 Н), как определено в соответствии с методом ASTM D 6175-98.
Сорок девятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от сорок первого по сорок восьмой вариантов реализации, в котором перепад давления, измеренный между впускным отверстием множества трубок и выпускным отверстием множества трубок, составляет от примерно 1 psia (0,007 МПа абс.) до примерно 20 psia (0,1 МПа абс).
Пятидесятый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от сорок первого по сорок девятый вариантов реализации, в котором давление на входе во множество трубок составляет менее примерно 100 psig (0,69 МПа изб.).
Пятьдесят первый вариант реализации, представляющий собой способ согласно любому от сорок первого по пятидесятый вариантов реализации, в котором конечная каталитическая зона из множества каталитических зон не содержит первого материала, при этом указанная конечная каталитическая зона содержит смесь частиц катализатора и катализатора изомеризации, при этом конечная каталитическая зона представляет собой самую нижнюю по потоку каталитическую зону из множества каталитических зон.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было проиллюстрировано и описано применительно к конкретному оборудованию и способам применения, очевидно, что описанные способы, компоненты и составляющие элементы могут быть заменены на их эквиваленты, и при этом могут быть сделаны и другие изменения в рамках объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.
Конкретные варианты реализации, описанные в настоящем документе, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение может быть модифицировано и применено на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, извлекающих пользу из идей, предложенных в настоящем изобретении. Кроме того, не предусмотрены никакие ограничения в отношении деталей конструкции или конструкционного исполнения, представленных в настоящем документе, кроме тех, что описаны в приведенной ниже формуле изобретения. Таким образом, очевидно, что конкретные варианты реализации, приведенные выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие варианты рассматриваются в пределах объема и сущности настоящего изобретения. Соответственно, в настоящем документе объем испрашиваемой охраны соответствует изложенному в приведенной ниже формуле изобретения.