СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА СО ВЗВЕШЕННЫМ КАТАЛИЗАТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАКСИМИЗАЦИИ ВЫХОДА ЛЕГКОГО ОЛЕФИНА И ДРУГИХ ПРИЛОЖЕНИЙ
CATALYTIC CRACKING METHOD WITH SUSPENDED CATALYST AND DEVICE FOR MAXIMIZING YIELD OF LIGHT OLEFIN AND OTHER APPLICATIONS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Варианты осуществления в настоящем документе в целом относятся к системам и способам для улучшения производительности и/или гибкости систем смешанного катализатора. Некоторые варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, относятся к устройству каталитического крекинга со взвешенным катализатором и к способу для максимизации преобразования потока тяжелого углеводорода, такого как вакуумный газойль и/или тяжелые нефтяные остатки, в очень высокий выход легких олефинов, таких как пропилен и этилен, ароматические соединения и бензин с высоким октановым числом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В последнее время производство легких олефинов с помощью способов каталитического крекинга со взвешенным катализатором (FCC) считается одним из наиболее привлекательных предложений. Кроме того, существует растущий спрос на нефтехимические строительные блоки, такие как пропилен, этилен и ароматические соединения (бензол, толуол, ксилолы и т.д.). Кроме того, интеграция нефтеперерабатывающих заводов с нефтехимическим комплексом стала предпочтительным вариантом как по экономическим, так и по экологическим причинам.
[0003] Глобальные тенденции также показывают, что спрос на средние дистилляты (дизельное топливо) выше, чем на бензин. Для того, чтобы максимизировать выход средних дистиллятов из способа FCC, требуется эксплуатировать установку каталитического крекинга при более низкой температуре реактора и другом составе катализатора. Недостатком такого изменения является снижение выхода легких олефинов из-за работы установки каталитического крекинга при значительно более низкой температуре реактора. Это также уменьшает количество исходного сырья для блоков алкилирования.
[0004] За последние два десятилетия было разработано несколько каталитических способов в псевдоожиженном слое, адаптируясь к изменяющемуся рыночному спросу. Например, патентный документ US7479218 раскрывает систему с псевдоожиженным каталитическим реактором, в которой реактор с восходящим потоком разделен на две секции с разными радиусами, чтобы улучшить селективность получения легких олефинов. Первая часть реактора с восходящим потоком с меньшим радиусом используется для крекинга тяжелых молекул потока питания до диапазона лигроина. Вторая часть реактора с восходящим потоком с увеличенным радиусом используется для дополнительного крекинга продуктов диапазона лигроина на легкие олефины, такие как пропилен, этилен, и т.д. Хотя концепция реакторной системы довольно проста, степень селективности по легким олефинам является ограниченной по следующим причинам: (1) потоки питания диапазона лигроина контактируют с частично закоксованным или дезактивированным катализатором; (2) температура во второй части реакционной секции является намного более низкой, чем в первой зоне, из-за эндотермической природы реакции в обеих секциях; и (3) из-за недостатка высокой энергии активации, требуемой для крекинга легкого питания по сравнению с тяжелыми углеводородами.
[0005] Патентные документы US6106697, US7128827 и US7323099 используют блоки двухступенчатого каталитического крекинга со взвешенным катализатором (FCC) для того, чтобы обеспечить высокий уровень контроля селективного крекинга тяжелых углеводородов и исходных потоков диапазона лигроина. На установке FCC 1-й ступени, состоящей из реактора с восходящим потоком (который в дальнейшем будет иногда упоминаться как стояк), отпаривателя и регенератора для превращения газойлевого/тяжелого углеводородного сырья в продукты с диапазоном температур кипения лигроина в присутствии цеолитного катализатора с крупными порами Y-типа. Установка FCC 2-й ступени с аналогичным набором аппаратов/конфигурацией используется для каталитического крекинга потоков лигроина, рециркулирующих с 1-ой ступени. Разумеется, на установке FCC 2-й ступени используется катализатор типа ZSM-5 (цеолит с мелкими порами) для улучшения селективности по легким олефинам. Хотя эта схема обеспечивает высокую степень контроля над выбором и оптимизацией питания, катализатора и рабочего окна, в широком смысле обработка лигроина 2-й ступени производит очень мало кокса, которого недостаточно для поддержания теплового баланса. Это требует тепла из внешних источников для того, чтобы иметь соответствующую температуру в регенераторе для достижения хорошего сгорания и обеспечения тепла для испарения питания и эндотермической реакции. Обычно факельное масло сжигается в регенераторе FCC 2-й ступени, что приводит к чрезмерной дезактивации катализатора из-за более высоких температур частиц катализатора и участков местного перегрева.
[0006] Патентный документ US7658837 раскрывает способ и устройство для оптимизации выхода продуктов установки каталитического крекинга путем использования части обычного слоя отпаривателя в качестве реакторного отпаривателя. Такая концепция второго реактора в отпаривателе в некоторой степени снижает эффективность отгона, и следовательно может привести к увеличенной нагрузке кокса на регенератор. Контакт питания с закоксованным или дезактивированным катализатором также может влиять на выход продукта и селективность. Кроме того, температуры реакторного отпаривателя не могут изменяться независимо, потому что температура верхней части стояка напрямую регулируется для поддержания желаемого набора условий в стояке.
[0007] Патентный документ US2007/0205139 раскрывает способ впрыска углеводородного сырья через первый распределитель, расположенный в нижней секции стояка, для максимизации выхода бензина. Когда цель состоит в том, чтобы максимизировать выход легких олефинов, питание вводится в верхнюю секцию стояка через аналогичную систему распределения питания с намерением уменьшить время пребывания паров углеводорода в стояке.
4
[0008] Патентный документ WO2010/067379 нацелен на увеличение выхода пропилена и этилена путем впрыскивания потоков C и олефинового лигроина в зону подъема стояка ниже зоны ввода питания из тяжелых углеводородов. Эти потоки не только улучшают выход легких олефинов, но также и действуют в качестве среды для переноса катализатора вместо пара. Эта концепция помогает уменьшить степени тепловой дезактивации катализатора. Однако ей не хватает гибкости при различных рабочих условиях, таких как температура и объемная скорость в зоне подъема, которые имеют решающее значение для крекинга таких легких паров питания. Это может привести к ухудшению селективности по отношению к желаемым легким олефинам.
[0009] Патентный документ US6869521 раскрывает, что контактирование питания, полученного из продукта установки каталитического крекинга (в частности, лигроина) с катализатором во втором реакторе, функционирующем в режиме быстрого псевдоожижения, является полезным для поддержания реакций переноса водорода, а также для управления реакциями каталитического крекинга.
3
4
[0010] Патентный документ US7611622 раскрывает способ каталитического крекинга, использующий двойные стояки для преобразования содержащего C/C исходного сырья в ароматические соединения. Первый и второй исходные углеводородные потоки подаются в соответствующие 1-й и 2-й стояки в присутствии обогащенного галлием катализатора, и 2-й стояк функционирует при более высокой температуре реакции, чем первый.
[0011] Патентный документ US5944982 раскрывает каталитический способ с двойными стояками для производства высокооктанового бензина с низким содержанием серы. Второй стояк используется для обработки рециркулирующего тяжелого лигроина и легкого рециклового газойля после гидрообработки для того, чтобы максимизировать выход и октановое число бензина.
[0012] Патентный документ US20060231461 раскрывает способ, который максимизирует производство легкого рециклового газойля (LCO) или продукта среднего дистиллята и легких олефинов. Этот способ использует двухреакторную систему, где первый реактор (стояк) используется для крекинга газойлевого питания преимущественно в LCO, а второй параллельный реактор плотного слоя используется для крекинга лигроина, рециркулирующего из первого реактора. Этот способ ограничен селективностью катализатора и отсутствием желаемого уровня олефинов в лигроине благодаря работе первого реактора при существенно более низких температурах реакции.
[0013] Патентный документ US6149875 имеет дело с удалением загрязнений питания, таких как коксовый остаток по Конрадсону и металлы, с помощью адсорбента. Катализатор установки каталитического крекинга отделяется от адсорбента с использованием разности между переносом/конечной скоростью катализатора каталитического крекинга и адсорбента.
[0014] Патентный документ US7381322 раскрывает устройство и способ для отделения катализатора от металлического адсорбента в отгонном накопительном сепараторе перед стадией регенерации для устранения отрицательных эффектов загрязняющих металлов, осаждающихся на адсорбенте. Этот патент использует разность в минимальной скорости и скорости барботирования, и его применение заключается главным образом в отделении катализатора каталитического крекинга от адсорбента.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
4
5
[0015] Было найдено, что возможно использовать схему с двумя реакторами для крекинга углеводородов, включая крекинг C, легких фракций C, фракции лигроина, метанола, и т.д. для производства легких олефинов, где схема с двумя реакторами не имеет ограничений на селективность и удобство использования, удовлетворяет требованиям теплового баланса, а также содержит малое количество деталей. Некоторые варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, используют обычный реактор с восходящим потоком в комбинации с реактором псевдоожиженного слоя со смешанным потоком (например, включающим как противоточные, так и прямоточные потоки катализатора), предназначенным для максимизации производство легких олефинов. Выходы реактора с восходящим потоком и реактора со смешанным потоком обрабатываются в общем сосуде для отделения катализатора, и катализаторы, используемые в каждом из этих реакторов, могут быть регенерированы в общем сосуде для регенерации катализатора. Эта схема потока эффективна для поддержания высокой активности крекинга, преодолевает проблемы теплового баланса, а также улучшает выход и селективность легких олефинов из различных потоков углеводородов, но при этом упрощает закалку продукта и аппаратную часть установки, как будет более подробно описано ниже.
[0016] В одном аспекте варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, относятся к способу для преобразования или каталитического крекинга углеводородов. Этот способ может включать в себя подачу углеводорода, первых частиц и вторых частиц в реактор, где первые частицы имеют меньший средний размер и/или меньшую плотность, чем вторые частицы, и где первые и вторые частицы могут быть каталитическими или некаталитическими. Первая часть второй частицы может быть извлечена в виде кубового продукта из реактора; а выходной поток подвергнутых крекингу углеводородов, вторая часть второй частицы, а также первая частица могут быть извлечены из реактора в виде верхнего продукта (дистиллята). Вторая часть второй частицы может быть отделена от дистиллята для того, чтобы обеспечить первый поток, содержащий первую частицу и полученные углеводороды, и второй поток, содержащий отделенную вторую частицу, что позволяет возвратить отделенную вторую частицу во втором потоке в реактор.
[0017] В другом аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к системе для каталитического крекинга углеводородов. Эта система может включать в себя первый реактор для контактирования первого и второго катализаторов крекинга с исходным углеводородным сырьем для преобразования по меньшей мере части исходного углеводородного сырья в более легкие углеводороды. Линия дистиллята предусматривается для извлечения из первого реактора первого потока, содержащего первый катализатор крекинга, первой части второго катализатора крекинга и углеводородов. Линия кубового продукта предусматривается для извлечения из первого реактора второго потока, содержащего вторую часть второго катализатора крекинга. Сепаратор может использоваться для отделения второго катализатора крекинга от первого потока с получением углеводородного потока, содержащего углеводороды и первый катализатор крекинга. Линия питания предусматривается для возврата отделенного второго катализатора крекинга из сепаратора в первый реактор.
[0018] Система для каталитического крекинга углеводородов может также включать в себя реактор с восходящим потоком для контактирования смеси первого катализатора крекинга и второго катализатора крекинга со вторым исходным углеводородным сырьем для преобразования по меньшей мере части второго исходного углеводородного сырья в более легкие углеводороды и извлечения выходного потока реактора с восходящим потоком, содержащего более легкие углеводороды и смесь первого катализатора крекинга и второго катализатора крекинга. Второй сепаратор может быть предусмотрен для отделения второго катализатора крекинга от выходящих углеводородов, а также для отделения смеси первого и второго катализаторов крекинга от выходного потока реактора с восходящим потоком. Также можно использовать регенератор катализатора для регенерации первого и второго катализаторов крекинга, извлеченных во втором сепараторе, и второй части первого катализатора крекинга, извлеченной из линии кубового продукта.
[0019] В другом аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к способу для преобразования углеводородов. Этот способ может включать в себя: подачу первого катализатора в реактор; подачу второго катализатора в реактор, причем первый катализатор имеет меньший средний размер частиц и/или является менее плотным, чем первый катализатор; и подачу исходного углеводородного сырья в реактор. Из реактора может быть извлечен верхний выходной поток, включающий в себя подвергшийся крекингу углеводород, первый катализатор и второй катализатор. Второй катализатор может быть отделен от дистиллята для того, чтобы обеспечить первый поток, содержащий первый катализатор и полученные углеводороды, и второй поток, содержащий отделенный второй катализатор, что позволяет возвратить отделенный второй катализатор во втором потоке в реактор.
[0020] В другом аспекте описанные в настоящем документе варианты осуществления направлены на сепаратор для отделения катализаторов или других частиц на основе разности размеров и/или плотности. Сепаратор может иметь минимум один впуск и может также иметь минимум два выпуска для отделения частиц от газов-носителей. Газ-носитель входит в сепаратор с частицами, после чего инерционные, центробежные и/или гравитационные силы могут быть приложены к частицам таким образом, чтобы часть частиц и газа-носителя собиралась на первом выпуске, а другая часть частиц вместе с газом-носителем собиралась на втором выпуске. Комбинация сил в сепараторе может иметь эффект обогащения выходного потока по размеру частиц и/или плотности по сравнению с концентрацией на впуске. Этот сепаратор может иметь дополнительное распределение газа-носителя или псевдоожижение внутри сосуда/камеры для приложения дополнительных сил к частицам, что может облегчить улучшенную классификацию.
[0021] В другом аспекте описанные в настоящем документе варианты осуществления направлены на инерционный сепаратор для отделения катализаторов или других частиц на основе размеров и/или плотности. Инерционный сепаратор может включать в себя впуск для получения смеси, содержащей газ-носитель, частицы первого типа и частицы второго типа. Каждый тип частиц может иметь средний размер частиц и распределение размера частиц, которые могут отличаться или перекрываться, а также среднюю плотность. Второй тип частиц может иметь средний размер частиц и/или среднюю плотность больше, чем у первого типа частиц. Инерционный сепаратор может включать в себя подковообразный трубопровод, включающий в себя первый вертикальный участок, изогнутое основание и второй вертикальный участок. Этот подковообразный трубопровод может соединять по текучей среде впуск через первый вертикальный участок с первым выпуском и вторым выпуском, где первый выпуск находится вблизи от изогнутого основания подковообразного трубопровода, а второй выпуск соединен со вторым вертикальным участком. Подковообразный инерционный сепаратор может быть выполнен с возможностью: отделять по меньшей мере часть частиц второго типа от газа-носителя и частиц первого типа, извлекать частицы второго типа через первый выпуск, и извлекать газ-носитель и частицы первого типа через второй выпуск. Сепаратор может также включать в себя распределитель, расположенный внутри или рядом со вторым выпуском для введения псевдоожижающего газа, облегчающего дополнительное отделение частиц первого типа от частиц второго типа. Этот сепаратор в некоторых вариантах осуществления может конфигурироваться таким образом, чтобы площадь поперечного сечения подковообразного трубопровода или его части регулировалась. Например, в некоторых вариантах осуществления сепаратор может включать в себя подвижный дефлектор, расположенный внутри одной или более секций подковообразного трубопровода.
[0022] В другом аспекте описанные в настоящем документе варианты осуществления направлены на инерционный сепаратор для отделения катализаторов или других частиц на основе размеров и/или плотности, как было описано выше. Этот инерционный сепаратор может включать в себя впускной горизонтальный трубопровод, который пересекает камеру до отклонения дефлектором. Камера соединяется с первым вертикальным выпуском и первым горизонтальным выпуском. Дефлектор может быть расположен посередине, ближе ко впуску или ближе к выпуску камеры. Дефлектор может располагаться под углом или быть подвижным таким образом, чтобы более или менее отклонять частицы катализатора. Сепаратор в виде камеры с дефлектором может быть выполнен с возможностью: отделять по меньшей мере часть частиц второго типа от газа-носителя и частиц первого типа, извлекать частицы второго типа через первый вертикальный выпуск, и извлекать газ-носитель и частицы первого типа через первый горизонтальный выпуск. Этот сепаратор может также включать в себя распределитель, расположенный внутри или рядом с первым вертикальным выпуском для введения псевдоожижающего газа, облегчающего дополнительное отделение частиц первого типа от частиц второго типа.
[0023] В другом аспекте описанные в настоящем документе варианты осуществления направлены на инерционный сепаратор для отделения катализаторов или других частиц на основе размеров и/или плотности, как было описано выше. Этот инерционный сепаратор может включать в себя вертикальный впуск, связанный с камерой, где одна или более вертикальных сторон камеры снабжены узкими щелевыми выпусками, которые могут быть описаны как жалюзи. Количество створок жалюзи может изменяться в зависимости от применения, и угол жалюзи может быть регулируемым для того, чтобы управлять количеством пара, выходящего через отверстия жалюзи. Камера также соединена с первым вертикальным выпуском у основания камеры. Жалюзийный сепаратор может быть выполнен с возможностью: отделять по меньшей мере часть частиц второго типа от газа-носителя и частиц первого типа, извлекать частицы второго типа через первый вертикальный выпуск, и извлекать газ-носитель и частицы первого типа через отверстия жалюзи. Этот сепаратор может также включать в себя распределитель, расположенный внутри или рядом с первым вертикальным выпуском для введения псевдоожижающего газа, облегчающего дополнительное отделение частиц первого типа от частиц второго типа.
[0024] Вышеописанные сепараторы могут также использоваться совместно с реакторами, регенераторами и системами подачи катализатора для улучшения эффективности и гибкости системы.
[0025] В одном аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к способу для преобразования углеводородов. Этот способ может включать в себя регенерацию смеси катализатора, содержащей первый катализатор и вторую частицу в регенераторе, причем первый катализатор имеет меньший средний размер частиц и/или меньшую плотность, чем вторая частица, и причем вторая частица может быть каталитической или некаталитической. Смесь катализатора и углеводороды могут подаваться в реактор с восходящим потоком для преобразования по меньшей мере части углеводородов и извлечения первого выходного потока, содержащего смесь катализатора и преобразованные углеводороды. Смесь катализатора может также подаваться во второй реактор. Подача исходного углеводородного сырья во второй реактор и псевдоожижение смеси катализатора могут обеспечивать контакт исходного углеводородного сырья со смесью катализатора, чтобы преобразовать углеводороды, и обеспечивать извлечение из второго реактора дистиллята, содержащего вторую частицу, первый катализатор и прореагировавший углеводородный продукт. Вторая частица может быть затем отделена от дистиллята, чтобы обеспечить первый поток, содержащий первый катализатор и прореагировавший углеводородный продукт, и второй поток, содержащий отделенную вторую частицу, и возвращение отделенной второй частицы во втором потоке в реактор.
[0026] В другом аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к способу для преобразования углеводородов. Этот способ может включать в себя извлечение из регенератора катализатора смеси, содержащей первый катализатор и второй катализатор, и подачу этой смеси и углеводородов в реактор с восходящим потоком для преобразования по меньшей мере части углеводородов и извлечения первого выходного потока, содержащего смесь катализатора и преобразованные углеводороды, причем первый катализатор имеет меньший средний размер частиц и/или меньшую плотность, чем второй катализатор. Этот способ может также включать в себя извлечение из регенератора катализатора смеси, содержащей первый катализатор и второй катализатор, и подачу этой смеси в систему разделения катализатора, псевдоожижение этой смеси, содержащей первый катализатор и второй катализатор, с помощью среды псевдоожижения, и отделение первого катализатора от второго катализатора в системе разделения катализатора для извлечения первого потока, содержащего первый катализатор и среду псевдоожижения, и второго потока, содержащего второй катализатор. Исходное углеводородное сырье и либо первый поток, либо второй поток могут затем подаваться в реактор для реакции по меньшей мере части углеводорода с образованием преобразованного углеводорода.
[0027] В другом аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к способу для преобразования углеводородов. Этот способ может включать в себя подачу исходного углеводородного сырья и смеси катализатора, содержащей первый катализатор и второй катализатор, в реактор с восходящим потоком, причем первый катализатор имеет меньший средний размер частиц и/или является менее плотным, чем второй катализатор. Выходной поток из реактора с восходящим потоком может быть затем разделен для извлечения первого потока, содержащего первый катализатор и преобразованное углеводородное сырье, и второго потока, содержащего второй катализатор, и этот второй поток может подаваться в реактор с восходящим потоком.
[0028] В другом аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к способу для преобразования углеводородов. Этот способ может включать в себя извлечение из регенератора катализатора смеси, содержащей первый катализатор и второй катализатор, и подачу этой смеси в систему подачи/разделения катализатора, причем первый катализатор имеет меньший средний размер частиц и/или является менее плотным, чем второй катализатор. Первый катализатор может быть отделен от второго катализатора в системе подачи/разделения катализатора для того, чтобы получить первый поток, содержащий первый катализатор, и второй поток, содержащий второй катализатор. Исходное углеводородное сырье и либо первый поток, либо второй поток могут затем подаваться в реактор с восходящим потоком для реакции по меньшей мере части углеводорода с образованием преобразованного углеводорода.
[0029] В другом аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к системе для преобразования углеводородов. Эта система может включать в себя регенератор катализатора и линию подачи первого катализатора для извлечения из регенератора катализатора смеси, содержащей первый катализатор и второй катализатор, и подачи этой смеси в реактор с восходящим потоком, причем первый катализатор имеет меньший средний размер частиц и/или является менее плотным, чем второй катализатор. Эта система может также включать в себя линию подачи второго катализатора для извлечения смеси, содержащей первый катализатор и второй катализатор, из регенератора катализатора и подачи этой смеси в систему разделения катализатора, а также линию подачи среды псевдоожижения для псевдоожижения смеси, извлеченной через линию подачи второго катализатора, с помощью среды псевдоожижения и отделения первого катализатора от второго катализатора в системе разделения катализатора для того, чтобы извлечь первый поток, содержащий первый катализатор и среду псевдоожижения, и второй поток, содержащий второй катализатор. Реактор может быть обеспечен для обеспечения контакта исходного углеводородного сырья и первого потока или второго потока для реакции по меньшей мере части углеводорода с образованием преобразованного углеводорода.
[0030] В другом аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к системе для преобразования углеводородов. Эта система может включать в себя реактор с восходящим потоком контактирования исходного углеводородного сырья со смесью катализатора, содержащей первый катализатор и второй катализатор, причем первый катализатор имеет меньший средний размер частиц и/или является менее плотным, чем второй катализатор. Система разделения катализатора обеспечивается для разделения выходного потока реактора с восходящим потоком с тем, чтобы извлечь первый поток, содержащий первый катализатор и преобразованное углеводородное сырье, и второй поток, содержащий второй катализатор. Трубопровод подает этот второй поток в реактор с восходящим потоком.
[0031] В другом аспекте раскрытые в настоящем документе варианты осуществления относятся к системе для преобразования углеводородов. Эта система может включать в себя линию извлечения катализатора для извлечения из регенератора катализатора смеси, содержащей первый катализатор и второй катализатор, и подачи этой смеси в систему подачи/разделения катализатора, причем первый катализатор имеет меньший средний размер частиц и/или является менее плотным, чем второй катализатор. Система подачи/разделения катализатора отделяет первый катализатор от второго катализатора для того, чтобы получить первый поток, содержащий первый катализатор, и второй поток, содержащий второй катализатор. Реактор с восходящим потоком обеспечивает контакт исходного углеводородного сырья и первого потока или второго потока для реакции по меньшей мере части углеводорода с образованием преобразованного углеводорода.
[0032] Устройство и способы, раскрытые в настоящем документе, используют методику, существенно отличающуюся от раскрытой в вышеупомянутых патентах (таких как US6149875 и US7381322) для разделения смесей частиц. Цель настоящего раскрытия также отличается; раскрытия предшествующего уровня техники сфокусированы на удалении загрязнений из катализатора путем введения адсорбента. Однако настоящее изобретение нацелено на улучшение преобразования, селективности и теплового баланса путем концентрации выбранного катализатора в реакторе, например концентрации ZSM-5/11 во втором реакторе.
[0033] Таким образом, большая часть предшествующего уровня техники включала в себя конфигурации с двумя стояками/реакторами, или схемы/устройства двухступенчатого способа каталитического крекинга со взвешенным катализатором. Вторые/параллельные реакторы, используемые для обработки легкого питания (лигроина или/и потоков C4) являются параллельными реакторами с восходящим пневматическим потоком или реакторами с плотным слоем. В данной области техники известно, что ZSM-5 является предпочтительным катализатором/добавкой для преобразования лигроина/потоков C4 в пропилен и этилен. Однако в способах, использующих два реактора, второй реактор также принимает катализатор из Y-цеолита с малыми фракциями добавки ZSM-5. В других схемах способа концепции реактора типа FCC - регенератора используются для максимизации выхода легких олефинов из лигроина/потоков C4. Такие схемы создают проблемы теплового баланса из-за недостаточного коксообразования. Способы и системы, раскрытые в настоящем документе, рассматривают отделение катализаторов, таких как добавка ZSM-5 или ZSM-11, от Y-цеолита и ZSM-5/ZSM-11 в смеси, чтобы иметь оптимальную концентрацию ZSM-5 или 11 во втором реакторе, обрабатывающем легкое питание. В дополнение к этому, интеграция упомянутого дополнительного/второго реактора с обычным блоком FCC по существу помогает преодолеть эти недостатки (в частности, селективность продукта и тепловой баланс) предшествующего уровня техники и существенно увеличивает полное преобразование и выход легких олефинов, а также увеличивает способность к обработке более тяжелого исходного сырья.
[0034] Другие аспекты и преимущества будут очевидны из следующего описания и приложенной формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0035] Фиг. 1 представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0036] Фиг. 2-5 представляют собой упрощенные схемы сепараторов, полезных в системах в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0037] Фиг. 6 представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0038] Фиг. 7 представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0039] Фиг. 8A представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0040] Фиг. 8B представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0041] Фиг. 9A представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0042] Фиг. 9B представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0043] Фиг. 10 представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
[0044] Фиг. 11 представляет собой упрощенную технологическую схему системы для крекинга углеводородов и производства легких олефинов в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0045] Используемые в настоящем документе термины «катализатор» и «частица», а также подобные им, могут использоваться взаимозаменяемо. Суммируя вышеизложенное, и как будет дополнительно описано ниже, варианты осуществления в настоящем документе разделяют смешанные материалы в виде частиц на основе их размера и/или плотности для достижения выгодного эффекта в реакторной системе. Частицы или зернистые материалы, используемые для облегчения каталитической или тепловой реакции, могут включать в себя, например, катализаторы, абсорбенты и/или материалы для теплопередачи, не имеющие каталитической активности.
4
[0046] В одном аспекте варианты осуществления в настоящем документе относятся к устройству каталитического крекинга со взвешенным катализатором и к способу для максимизации преобразования потока тяжелого углеводорода, такого как вакуумный газойль и/или тяжелые нефтяные остатки, в очень высокий выход легких олефинов, таких как пропилен и этилен, ароматические соединения и бензин с высоким октановым числом, или средние дистилляты, одновременно минимизируя выход более тяжелого кубового продукта. Для достижения этой цели вторичный реактор, который может быть реактором со смешанным потоком (включая прямоток и противоток частиц относительно потока пара) или концентрирующим катализатор реактором, может быть интегрирован с обычным реактором каталитического крекинга со взвешенным катализатором, таким как реактор с восходящим потоком. Тяжелое углеводородное питание подвергается каталитическому крекингу до лигроина, средних дистиллятов и легких олефинов в реакторе с восходящим потоком, который является прямоточным реактором с пневматическим потоком. Для того, чтобы улучшить выходы и селективность легких олефинов (этилена и пропилена), подвергнутые крекингу углеводородные продукты из реактора с восходящим потоком, такие как C4 и углеводороды диапазона лигроина (олефины и парафины), могут быть возвращены и обработаны во вторичном реакторе (реакторе со смешанным потоком или концентрирующем катализатор реакторе). Альтернативно или дополнительно внешние потоки питания, такие как C, лигроин или другие углеводородные фракции из других способов, таких как установка парового крекинга, реактор метатезиса или установка замедленного коксования, и потоки диапазона лигроина, такие как прямогонный лигроин или лигроин из установки замедленного коксования или легкого крекинга, или конденсаты природного газа, среди прочего исходного углеводородного сырья, могут быть обработаны во вторичном реакторе для получения легких олефинов, таких как этилен и пропилен. Интеграция вторичного реактора с обычным реактором FCC с восходящим потоком согласно раскрытым в настоящем документе вариантам осуществления может преодолеть недостатки предшествующих способов, может существенно увеличить полное преобразование и выход легких олефинов, и/или может увеличить способность к обработке более тяжелого исходного сырья.
4
4
[0047] Интеграция вторичного реактора с обычным реактором FCC с восходящим потоком согласно раскрытым в настоящем документе вариантам осуществления может быть облегчена путем (a) использования общего сосуда для регенерации катализатора, (b) использования двух типов катализатора, один из которых является селективным для крекинга более тяжелых углеводородов, а другой является селективным для крекинга углеводородов C и углеводородов диапазона лигроина на легкие олефины, и (c) использования реактора со смешанным потоком или концентрирующего катализатор реактора в режиме потока, который будет частично разделять эти два типа катализаторов, способствуя контакту углеводородов C или лигроина с катализатором, селективным для их крекинга и получения легких олефинов.
4
4
4
4
[0048] Чтобы увеличить рабочее окно вторичного реактора и обеспечить большую гибкость способа, вторичный реактор может работать в режиме потока, чтобы захватывать катализатор, селективный для крекинга более тяжелых углеводородов, и захватывать часть катализатора, селективного для крекинга C и углеводородов диапазона лигроина. Подвергнутые крекингу углеводородные продукты и захваченные катализаторы подаются затем в сепаратор, чтобы отделить катализатор, селективный для крекинга C и углеводородов диапазона лигроина, от подвергнутых крекингу углеводородных продуктов и катализатора, селективного для крекинга более тяжелых углеводородов. Этот резервуар для отделения твердых частиц является внешним резервуаром по отношению к реактору и работает в таком гидродинамическом режиме, который улучшает разделение двух типов катализатора на основе их физических свойств, таких как размер частиц и/или их плотность. Отделенный катализатор, селективный для крекинга C и углеводородов диапазона лигроина, может быть затем возвращен в реактор для продолжения реакции и обеспечения улучшенной концентрации катализатора, селективного для крекинга C и углеводородов диапазона лигроина, внутри реактора, улучшая селективность полного способа, а также улучшая общую гибкость способа благодаря увеличенному рабочему окну.
4
[0049] Как было отмечено выше, система крекинга может использовать два типа катализаторов для разных типов углеводородного сырья. Первый катализатор крекинга может быть катализатором цеолита Y-типа, катализатором FCC или другим подобным катализатором, полезным для крекинга более тяжелого углеводородного сырья. Второй катализатор крекинга может быть катализатором типа ZSM-5 или ZSM-11, или подобным катализатором, полезным для крекинга углеводородов C или углеводородов диапазона лигроина и селективным для производства легких олефинов. Для облегчения двухреакторной схемы, раскрытой в настоящем документе, первый катализатор крекинга может иметь первый средний размер частиц и плотность, которые могут быть меньше, чем у второго катализатора крекинга, так что эти катализаторы могут быть разделены на основе их плотности и/или размера (например, на основе конечной скорости или других характеристик частиц катализатора).
[0050] В сосуде для регенерации катализатора регенерируется отработанный катализатор, извлеченный из реактора с восходящим потоком и из вторичного реактора. После этой регенерации первая часть смешанного катализатора может подаваться из сосуда для регенерации в реактор с восходящим потоком (прямоточный реактор). Вторая часть смешанного катализатора может подаваться из сосуда для регенерации во вторичный реактор.
[0051] В прямоточном реакторе первое углеводородное сырье контактирует с первой частью регенерированного катализатора для крекинга по меньшей мере части углеводородов с образованием более легких углеводородов. Затем из прямоточного реактора может быть извлечен выходной поток, содержащий первый подвергнутый крекингу углеводородный продукт и отработанную фракцию смешанного катализатора.
[0052] В некоторых вариантах осуществления вторичный реактор эксплуатируется в режиме псевдоожижения, достаточном для захвата первого катализатора крекинга и второго катализатора крекинга углеводородными продуктами, извлеченными в качестве выходного потока из верхнего выпуска вторичного реактора. Выходной поток подается затем в сепаратор для отделения подвергнутых крекингу углеводородных продуктов и первого катализатора крекинга от второго катализатора крекинга.
[0053] Поток пара/первого катализатора крекинга, извлеченный из сепаратора, может быть затем направлен на разделение. Второй катализатор крекинга, извлеченный из сепаратора, может быть возвращен во вторичный реактор для продолжения реакции, как было отмечено выше.
4
[0054] Первый выходной поток (подвергнутые крекингу углеводороды и отработанный смешанный катализатор из реактора с восходящим потоком) и второй выходной поток (подвергнутые крекингу углеводороды и отделенный первый катализатор крекинга из вторичного реактора) могут подаваться в сосуд для разделения, чтобы отделить фракцию отработанного смешанного катализатора и отделенный первый катализатор крекинга от первого и второго подвергнутых крекингу углеводородных продуктов. Подвергнутые крекингу углеводородные продукты, включающие легкие олефины, углеводороды C, углеводороды диапазона лигроина и более тяжелые углеводороды, могут быть затем разделены для того, чтобы извлечь желаемые продукты или фракции продукта.
4
[0055] Таким образом, способы, раскрытые в настоящем документе, объединяют вторичный реактор смешанного потока или концентрирующий катализатор реактор, внешний сепаратор твердых частиц и реактор с восходящим потоком с общими разделениями продукта и регенерацией катализатора, где катализаторы, используемые во вторичном реакторе, являются высокоселективными для крекинга углеводородов C и углеводородов диапазона лигроина с тем, чтобы получить легкие олефины. Общая регенерация катализатора обеспечивает тепловой баланс, а общее разделение продукта (сосуд для разделения и т.д.) среди прочих преимуществ обеспечивает простоту операций и упрощение технологической схемы.
4
[0056] На Фиг. 1 проиллюстрирована упрощенная технологическая схема систем для крекинга углеводородов и производства легких олефинов согласно раскрытым в настоящем документе вариантам осуществления. Система включает в себя двухреакторную конфигурацию для максимизации выхода пропилена и этилена из исходных нефтяных остатков или других углеводородных потоков. Первый реактор 3 может быть, например, реактором с восходящим потоком для крекинга более тяжелых углеводородов. Второй реактор 32 является реактором псевдоожиженного слоя, который может быть оборудован дефлекторами или внутренними элементами. Олефины C и/или легкие лигроиновые продукты из первого реактора 3 или аналогичные потоки питания из внешних источников могут обрабатываться во втором реакторе 32 для улучшения выхода легких олефинов, включая пропилен и этилен, а также ароматических соединений/высокооктанового бензина.
4
[0057] Тяжелые нефтяные остатки вводятся через один или более инжекторов 2 питания, расположенных около дна первого реактора 3. Тяжелое нефтяное питание контактирует с горячим регенерированным катализатором, вводимым через J-образный изгиб 1. Катализатор, подаваемый в первый реактор 3, является смесью катализатора, включающей первый катализатор, селективный для крекинга более тяжелых углеводородов, такой как катализатор на основе цеолита Y-типа, и второй катализатор, селективный для крекинга C и углеводородов диапазона лигроина для производства легких олефинов, такой как ZSM-5 или ZSM-11, который может также использоваться в комбинации с другими катализаторами. Первый и второй катализаторы могут отличаться по размеру частиц и/или плотности. Первый катализатор, такой как катализатор на основе цеолита Y-типа, может иметь размер частиц в диапазоне 20-200 мкм и кажущуюся объемную плотность в диапазоне 0,60-1,0 г/мл. Второй катализатор, такой как ZSM-5 или ZSM-11, может иметь размер частиц в диапазоне 20-350 мкм и кажущуюся объемную плотность в диапазоне 0,7-1,2 г/мл.
[0058] Тепло, требуемое для испарения питания и/или повышения температуры питания до желаемой температуры реактора, например в диапазоне от 500°C до приблизительно 700°C, а также для эндотермического тепла (теплоты реакции), может быть обеспечено горячим регенерированным катализатором, поступающим из регенератора 17. Давление в первом реакторе 3 обычно находится в диапазоне от приблизительно 1 бар изб. до приблизительно 5 бар изб.
[0059] После того, как основная часть реакции крекинга завершится, смесь продуктов, непрореагировавших паров сырья и отработанного катализатора поступает в двухступенчатую циклонную систему, размещенную в резервуаре 8 циклона. Эта двухступенчатая циклонная система включает в себя первичный циклон 4 для отделения отработанного катализатора от паров. Отработанный катализатор выгружается в отпариватель 9 через погружную трубу 5 первичного циклона. Мелкие частицы катализатора, захваченные отделенными парами из первичного циклона 4 и парами продукта из второго реактора 32, вводимыми через линию 36a и одноступенчатый циклон 36c, отделяются в циклоне 6 второй ступени. Собранная смесь катализатора выгружается в отпариватель 9 через погружную трубу 7. Пары из циклона 6 второй ступени выпускаются через выпуск 12b вторичного циклона, который может быть соединен с камерой 11, а затем направляются в основную ректификационную колонну/газовую установку (не показана) для извлечения продуктов, включая желаемые олефины. В случае необходимости пары продукта дополнительно охлаждаются путем ввода легкого рециклового газойля (LCO) или пара через линию 12a распределителя в качестве закалочной среды.
[0060] Отработанный катализатор, извлеченный через погружные трубы 5, 7, подвергается отпариванию в отпарном слое 9 для удаления остаточных паров (паров углеводорода, захваченных между частицами катализатора) за счет противоточного контакта с паром, вводимым снизу отпаривателя 9 через паровой распределитель 10. Отработанный катализатор затем передается в регенератор 17 через трубу 13a отработанного катализатора и подъемную линию 15.Задвижка l3b отработанного катализатора, расположенная на трубе 13a отработанного катализатора, используется для регулирования потока катализатора из отпаривателя 9 к регенератору 17. Небольшая часть воздуха для горения или азота может быть введена через распределитель 14, чтобы помочь плавному переносу отработанного катализатора.
[0061] Закоксованный или отработанный катализатор выгружается через распределитель 16 отработанного катализатора в центре плотного слоя 24 регенератора. Воздух для горения вводится воздушным распределителем 18, расположенным внизу слоя 24 регенератора. Кокс, осаждающийся на катализаторе, затем сжигается в регенераторе 17 посредством реакции с воздухом для горения. Регенератор 17, например, может работать при температуре в диапазоне от приблизительно 640°C до приблизительно 750°C и давлении в диапазоне от приблизительно 1 бар изб. до приблизительно 5 бар изб. Мелочь катализатора, захваченная дымовым газом, собирается в циклоне 19 первой ступени и циклоне 21 второй ступени и выгружается в слой катализатора в регенераторе через соответствующие погружные трубы 20, 22. Дымовой газ, извлеченный из выпуска циклона 21 второй ступени, направляется в линию 50 дымового газа через камеру 23 регенератора для последующей рекуперации тепла и/или энергии.
[0062] Первая часть восстановленной смеси катализатора извлекается через трубу 27 восстановленного катализатора, которая соединяется с J-образным изгибом 1. Поток катализатора из регенератора 17 в реактор 3 может регулироваться задвижкой 28, расположенной на трубе 27 регенерированного катализатора. Открытие задвижки 28 регулируется для управления потоком катализатора для поддержания желаемой верхней температуры в реакторе 3.
4
4
-1
[0063] В дополнение к подъему пара также предусмотрен впрыск исходных потоков, таких как олефины C и лигроин или подобные внешние потоки, в качестве подъемной среды в J-образный изгиб 1 через газораспределитель 1a, расположенный в Y-секции, для обеспечения плавного переноса регенерированного катализатора из J-образного изгиба 1 в реактор 3. J-образный изгиб 1 может также действовать как реактор плотного слоя для крекинга олефинов C и потоков лигроина в легкие олефины при условиях, благоприятных для таких реакций, таких как объемная скорость 0,5-50 час, температура 640°C - 750°C и время пребывания от 3 до 10 с.
4
[0064] Вторая часть регенерированной смеси катализатора извлекается во второй реактор 32 через трубу 30. Задвижка 31 может использоваться для управления потоком катализатора из регенератора 17 во второй реактор 32 на основе заданной температуры пара на выпуске. Олефины C и потоки лигроина вводятся в нижнюю секцию слоя катализатора через один или более распределителей 34 (34a, 34b) питания, в жидкой или паровой фазе. Второй реактор 32 работает в режиме смешанного потока, в котором часть регенерированного катализатора течет вниз (от верха до низа реакторного слоя), а часть регенерированной смеси катализатора и поток исходных углеводородов течет вверх (от низа к верху реакторного слоя).
[0065] Второй реактор 32 может быть оборудован дефлекторами или структурированными внутренними элементами (не показаны), которые способствуют плотному контакту и смешиванию молекул питания и катализатора. Эти внутренние элементы могут также помочь минимизации образования каналов, роста пузырьков и/или коалесценции. Второй реактор 32 может также быть увеличен в различных секциях вдоль длины для поддержания постоянной или желаемой поверхностной скорости газа внутри секции.
[0066] После завершения реакции катализатор отпаривается в самой нижней части второго реактора 32 для отделения захваченных исходных углеводородов/продуктов с использованием в качестве отпаривающей среды пара, вводимого через распределитель 35. Отработанный катализатор, извлекаемый снизу реактора 32, передается затем в регенератор 17 через трубу 37 и подъемную линию 40 через распределитель 41 отработанного катализатора. Поступающий в зону горения воздух или азот могут вводиться через распределитель 39 для того, чтобы обеспечить плавный перенос катализатора в регенератор 17. Задвижка 38 может использоваться для управления потоком катализатора из второго реактора 32 в регенератор 17. Отработанный катализатор из обоих реакторов 3, 32 затем регенерируется в общем регенераторе 17, функционирующем в режиме полного сгорания.
[0067] Как было отмечено выше, второй реактор 32 использует два различных катализатора, которые могут отличаться размером их частиц и/или плотностью, например более легкий и более мелкий цеолит Y-типа или катализатор FCC и более крупный и/или более плотный селективный по форме пентацильный мелкопористый цеолит ZSM-5/ZSM-11. Поверхностная скорость газа во втором реакторе 32 поддерживается таким образом, чтобы по существу весь или значительная часть более легкого и более мелкого катализатора (например, цеолита Y-типа/катализатора FCC) и часть более тяжелого, более крупного катализатора (например, ZSM-5/ZSM-11) уносились из реактора подвергнутыми крекингу углеводородами и паром, извлекаемыми через линию 45. Часть более крупного и/или более плотного катализатора может оставаться внутри реактора 32, формируя плотный слой в нижней части реактора, как было отмечено выше.
[0068] Выходной поток из реактора 32, извлекаемый через линию 45, может таким образом включать в себя подвергнутые крекингу углеводородные продукты, непрореагировавшее исходное углеводородное сырье, пар (отпаривающую среду) и смесь катализатора, включая по существу весь более легкий и более мелкий катализатор и часть более крупного и/или более плотного катализатора, введенных в реактор. Выходной поток может быть затем направлен через линию 45 в сепаратор 47 твердых частиц. Сепаратор 47 может быть сепаратором, выполненным с возможностью разделения двух типов катализатора на основе их физических свойств, а именно размера частиц и/или плотности. Например, сепаратор 47 может использовать разности в инерционных силах или центробежных силах для отделения катализатора FCC от ZSM-5. Резервуар 47 для отделения твердых частиц является внешним по отношению ко второму реактору 32 и работает в таком гидродинамическом режиме, который улучшает разделение двух типов катализатора на основе их физических свойств.
[0069] После разделения в сепараторе 47, более легкий и более мелкий катализатор (цеолит Y-типа/катализатор FCC) передается из сепаратора 47 в общий разделитель или контейнер 8, вмещающий в себя циклоны реактора с восходящим потоком и/или систему прекращения реакции, через выпускную линию 36a. Более крупный и/или более плотный катализатор (ZSM-5/ZSM-11) может быть возвращен через линию 49 в реактор 32 со смешанным потоком для продолжения реакции с исходными углеводородами, вводимыми через распределители 34.
4
[0070] Унос по существу всего более легкого и более мелкого катализатора и части более крупного и/или более плотного катализатора, последующие разделения и возврат более крупного и/или более плотного катализатора в реактор 32 могут обеспечить значительное накопление более крупного и/или более плотного катализатора в реакторе 32. Поскольку этот катализатор является более селективным для крекинга C и углеводородов диапазона лигроина, накопление более крупного и/или более плотного катализатора может обеспечить преимущество в селективности и выходе. Кроме того, работа реактора в режиме потока псевдоожижения для захвата обоих типов катализатора может обеспечить большее удобство использования реактора или большую гибкость его работы, как было обсуждено выше.
[0071] Углеводородное питание, такое как тяжелый вакуумный газойль или тяжелые остатки, легкий рецикловый газойль (LCO) или пар могут вводиться в качестве закалочной среды в выпускную линию 36a через распределитель 36b. Объемной скоростью потока такой закалочной среды можно управлять путем задания температуры потока, входящего в контейнер 8. Все пары от второго реактора 32, включая подаваемые через распределитель 36b, выпускаются в разбавленную фазу контейнера 8 через одноступенчатый циклон 36c. Использование углеводородного питания в качестве закалочной среды является предпочтительным, поскольку это служит двойной цели охлаждения продуктов из второго реактора 32, а также улучшает производство средних дистиллятов.
[0072] Реактор 3 первой ступени, такой как реактор с восходящим потоком, может работать в режиме быстрого псевдоожижения (например, при поверхностной скорости газа в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 10 м/с в нижней секции) и в режиме пневматического переноса (например, при поверхностной скорости газа в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 20 м/с) в верхней секции.
-1
-1
4
[0073] Объемная скорость во втором реакторе 32 обычно находится в диапазоне от приблизительно 0,5 час до приблизительно 50 час; времена пребывания пара и катализатора могут изменяться от приблизительно 2 до приблизительно 20 с. Когда вводятся различные потоки питания, предпочтительно питание C вводится ниже точки ввода лигроина. Однако эти положения ввода питания могут меняться местами.
[0074] По мере необходимости добавочный катализатор может вводиться через одну или более линий 42, 43. Например, свежий добавочный катализатор FCC, или цеолитный катализатор Y-типа, или их смесь может вводиться в регенератор 17 через линию 42, и свежий или добавочный катализатор ZSM-5/ZSM-11 может вводиться во второй реактор 32 через линию 43. Общий запас катализатора в системе может поддерживаться, например, путем извлечения смешанного катализатора из регенератора 24. Запасом катализатора и накоплением предпочтительного катализатора внутри реактора 32 можно управлять, как будет описано ниже, посредством управления работой реактора и сепаратора 47.
[0075] В некоторых вариантах осуществления первая часть регенерированного катализатора извлекается из регенератора 17 в бункер 26 регенерированного катализатора (RCSP) через линию 25, которая сообщается по потоку с регенератором 17 и трубой 27 регенерированного катализатора. Слой катализатора в бункере 26 RCSP находится вровень с уровнем слоя в регенераторе 17. Регенерированный катализатор затем передается из бункера 26 RCSP в реактор 3 через трубу 27 регенерированного катализатора, которая сообщается по потоку с J-образным изгибом 1. Поток катализатора из регенератора 17 в реактор 3 может регулироваться задвижкой 28 RCSP, расположенной на трубе 27 регенерированного катализатора. Также может быть предусмотрена линия 29 выравнивания давления.
[0076] Линия 60 обхода сепаратора может также использоваться для облегчения переноса частиц из верхней части реактора 32 в контейнер 8, как проиллюстрировано на Фиг. 1. Как было описано выше со ссылкой на Фиг. 1, второй реактор 32 использует два различных катализатора, которые могут отличаться размером их частиц и/или плотностью, например более легкий и/или более мелкий цеолит Y-типа или катализатор FCC и более крупный и/или более плотный селективный по форме пентацильный мелкопористый цеолит ZSM-5/ZSM-11. Поверхностная скорость газа во втором реакторе 32 может поддерживаться таким образом, чтобы по существу весь более легкий и более мелкий катализатор (например, цеолит Y-типа/катализатор FCC) и часть более крупного и/или более плотного катализатора (например, ZSM-5/ZSM-11) уносились из реактора подвергнутыми крекингу углеводородами и паром, извлекаемыми через линию 45.
[0077] Выходной поток из реактора 32, извлекаемый через линию 45, может таким образом включать в себя подвергнутые крекингу углеводородные продукты, непрореагировавшее исходное углеводородное сырье, пар (отпаривающую среду) и смесь катализатора, включая по существу весь более легкий и более мелкий катализатор и часть более крупного и/или более плотного катализатора, введенных в реактор. Выходной поток может быть затем направлен через линию 45 в сепаратор 47 твердых частиц. Сепаратор 47 может быть сепаратором, выполненным с возможностью разделения двух типов катализатора на основе их физических свойств, а именно размера частиц и/или плотности. Сепаратор 47 работает в таком гидродинамическом режиме, который улучшает разделение этих двух типов катализатора на основе их физических свойств
[0078] После разделения в сепараторе 47, более легкий/мелкий катализатор (цеолит Y-типа/катализатор FCC) передается из сепаратора 47 в общий разделитель или контейнер 8, вмещающий в себя циклоны реактора с восходящим потоком и/или систему прекращения реакции, через выпускную линию 36a. Более крупный и/или более плотный катализатор (ZSM-5/ZSM-11) может быть возвращен в реактор 32 со смешанным потоком для продолжения реакции с исходными углеводородами, вводимыми через распределители 34.
[0079] Непрерывно или периодически часть выходного потока, содержащего оба типа катализаторов, проходящего через линию 45, может переключаться в обход сепаратора 47. Эта байпасная часть выходного потока может течь вокруг сепаратора 47 через линию 60, которая может включать в себя дивертер или регулирующий вентиль 62. Выходной поток может затем подаваться через линию 64 обратно в разделитель 8 для отделения углеводородных продуктов от катализаторов. Линия 64 может быть объединена с выходным потоком и более мелким катализатором, извлекаемыми из сепаратора 47, посредством линии 36a, и может вводиться до или после закалки 36b. Альтернативно отклоненный выходной поток в линии 60 может подаваться прямо в разделитель/контейнер 8.
[0080] В то время как на Фиг. 1 показана схема с отклоняющим вентилем 62, варианты осуществления в настоящем документе предусматривают использование Y-образного трубопровода или подобного устройства для непрерывной отправки части выходного потока, содержащего оба типа частиц катализатора, в разделитель 8, непрерывно отправляя при этом часть выходного потока в сепаратор 47, что позволяет обеспечить желаемое накопление более крупных и/или более плотных частиц катализатора внутри реактора 32. Как изображено на Фиг. 1, катализатор из второго реактора может также передаваться через линию 37, задвижку 38 и линию 40 переноса в регенератор 17. Поток воздуха используется в качестве газа-носителя 39 для переноса катализатора в регенератор 17. Такое средство для переноса катализатора будет не только помогать управлять уровнем слоя катализатора в реакторе 32, но также будет помогать более частой регенерации катализатора.
[0081] Использование увеличенного потока носителя и/или использование дивертера потока, как было описано выше, могут выгодно обеспечить накопление катализатора, селективного для крекинга углеводородов диапазона лигроина во втором реакторе 32. В некоторых вариантах осуществления было найдено, что реактор 32 может работать таким образом, чтобы обеспечивать регенерированный катализатор и поддерживать достаточную активность внутри слоя катализатора реактора 32, так что линия переноса катализатора (линии 37, 40) и связанное оборудование могут быть опущены из технологической схемы (как показано на Фиг. 6) без ущерба для селективности и производительности реактора и с дополнительными преимуществами уменьшенной механической сложности и уменьшенных капитальных затрат и эксплуатационных расходов.
[0082] На Фиг. 6 показана упрощенная схема способа систем для крекинга углеводородов и производства легких олефинов согласно раскрытым в настоящем документе вариантам осуществления, где одинаковые ссылочные цифры указывают одинаковые детали. Аналогично описанной выше схеме способа, проиллюстрированной на Фиг. 1, проиллюстрированная на Фиг. 6 система будет иметь двухреакторную схему и использовать два вида частиц (такие как более легкий и/или более мелкий катализатор Y-типа или катализатор FCC, и более крупный и/или более плотный катализатор ZSM-5 или ZSM-11) во вторичном реакторе 32. Более крупные и/или более плотные добавки катализатора (например, ZSM-5 или ZSM-11) могут добавляться прямо во вторичный реактор 32 через линию 43. Регенерированная смесь катализатора переносится из регенератора 17 через трубу 30 в реактор 32.
[0083] Ожидается, что слой катализатора во вторичном реакторе 32 будет работать в режиме турбулентного слоя, барботажного слоя или быстрого псевдоожижения. Легкое лигроиновое питание 34a, такое как продукт легкого лигроина из первичного реактора или реактора 3 с восходящим потоком, как проиллюстрировано, может быть введено во вторичный реактор 32 и преобразовано в легкие олефины в присутствии смешанного катализатора. Подъемный газ вместе с газообразным продуктом в емкости 32 поднимает твердые частицы, включая оба катализатора, через трубу 45 в емкость 47 для разделения твердых частиц, а затем уносит обратно в регенератор 17. Благодаря разнице в размере и/или плотности этих двух частиц катализатора, большинство частиц катализатора ZSM-5 или ZSM-11 будет отделено от катализатора Y-типа или катализатора FCC в емкости 47 для разделения твердых частиц и передано через возвратную линию 49 обратно в реактор 32. Большая часть частиц катализатора Y-типа или катализатора FCC будет возвращена в отпариватель 8 для отпаривания.
[0084] По сравнению с обсужденными выше другими вариантами осуществления главная разница заключается в отсутствии линии возврата катализатора и связанных с ней управляющих клапанов и оборудования от нижней части вторичного реактора 32 к регенератору 17. Как было кратко обсуждено выше, такая конфигурация способа может обеспечивать эффективную регенерацию катализатора, а также накопление и концентрацию желаемого более крупного и/или более плотного катализатора ZSM-5 или ZSM-11 внутри реактора 32. Ожидается, что более высокая концентрация более крупного и/или более плотного катализатора может привести к более высокой эффективности во вторичном реакторе 32, даже когда возвратная линия 37 удалена. Это конструктивное решение с удалением возвратной линии 37 также снижает механическую сложность и уменьшает капитальные и эксплуатационные затраты.
[0085] Вариант осуществления без возвратной линии 37 (Фиг. 6) также включает в себя пар в качестве подъемного газа. Поскольку в нижней части реактора 32 нет никакого выпуска катализатора, катализатор заполнит реактор 32, и в некоторых вариантах осуществления не наблюдается никакого уровня слоя катализатора.Подъемный газ вместе с продуктовым газом в сосуде 32 будет поднимать твердые частицы, включая оба катализатора, через трубу 45 в сосуд 47 для разделения твердых частиц. Благодаря разнице в размере и/или плотности этих двух частиц катализатора, большинство частиц катализатора ZSM-5 или ZSM-11 будет отделено от катализатора Y-типа или катализатора FCC в емкости 47 для разделения твердых частиц и передано через возвратную линию 49 обратно в реактор 32. Большая часть частиц катализатора Y-типа или катализатора FCC будет возвращена в отпариватель 8 для отпаривания. По сравнению с Фиг. 1 это конструктивное решение без возвратной линии 37 может привести к намного более высокой концентрации более крупного и/или более плотного катализатора, что приведет к повышению эффективности реакции в реакторе 32. Хотя это и не проиллюстрировано, реактор 32 может включать в себя нижний фланец или выпуск для выгрузки катализатора. Такой выпуск может также использоваться в случае необходимости для периодического удаления частиц более крупного и/или более тяжелого катализатора, которые могут накапливаться внутри реактора 32.
[0086] Как было описано выше, системы согласно вариантам осуществления в настоящем документе могут включать в себя сепаратор 47, выполненный с возможностью разделения двух типов катализатора на основе их физических свойств, таких как размер частиц и/или плотность. Сепаратор 47 может быть циклонным сепаратором, сетчатым сепаратором, механическим грохотом, гравитационной камерой, центробежным сепаратором, камерой с дефлекторами, жалюзийным сепаратором, встроенным или пневматическим классификатором или другими типами сепараторов, используемых для эффективного разделения частиц на основе их размера и/или гидродинамических свойств.
[0087] Примеры сепараторов или классификаторов, полезных в описанных в настоящем документе вариантах осуществления, проиллюстрированы на Фиг. 2-5. В некоторых вариантах осуществления сепаратор 47 может быть подковообразным инерционным сепаратором, как проиллюстрировано на Фиг. 2, чтобы разделять два вида твердых частиц или катализаторов с различными размерами частиц и/или плотностью частиц. Сепаратор может быть выполнен в подковообразной форме, имеющей впускное отверстие 70 на одном верхнем конце, газоотвод 84 на другом верхнем конце и главное выпускное отверстие 80 для твердых частиц в основании подковообразного сепаратора.
[0088] Смесь 72 твердых частиц или катализаторов с различными размерами вводится вместе с потоком газа-носителя через впускное отверстие 70 и инерционные силы разделения воздействуют на твердые частицы, делая не более одного поворота для того, чтобы разделить различные размеры твердых частиц. Более крупные и/или более плотные твердые частицы 78 предпочтительно идут вниз в секциях 74/76 к опускной трубе 80, соединенной с основанием подковообразного сепаратора, в то время как более легкие или более мелкие твердые частицы предпочтительно уносятся газовым потоком к выпускному отверстию 82, откуда смесь 84 из мелких частиц и газов может быть извлечена. Выпускное отверстие 80 в основании подковообразного сепаратора (впускное отверстие опускной трубы, используемой для переноса более крупных и/или более плотных частиц катализатора обратно во второй реактор 32) должно быть достаточно большим для того, чтобы пропускать нормальный поток твердых частиц/катализатора.
[0089] Путем регулирования скоростей потока газа, входящего в нижнюю трубу и выходящего из выпуска основного газового потока, можно манипулировать общей эффективностью разделения подковообразного инерционного сепаратора и селективностью отделения более крупных и/или более плотных частиц от более мелких и/или менее плотных частиц. Это распространяется на полностью герметичную опускную трубу, где единственный поток газа, выходящий из опускной трубы, является потоком, захваченным выходящим потоком твердого вещества/катализатора. Поскольку подковообразный инерционный сепаратор обеспечивает возможность манипулирования эффективностью разделения, частицы промежуточного размера, которые могут накапливаться в системе, как отмечено выше, могут периодически или непрерывно захватываться углеводородными продуктами, извлекаемыми из сепаратора 47 для разделения в сосуде 8 и регенерации в регенераторе 24.
[0090] В некоторых вариантах осуществления распылитель 75 газа или дополнительный пар/инертный газ могут обеспечиваться вблизи верхней части выпускной секции 80, например, вблизи верхней части впускного отверстия трубы. Дополнительный подъемный газ, предусматриваемый внутри сепаратора, может дополнительно облегчать отделение более крупных и/или более плотных твердых частиц от менее плотных и/или более мелких твердых частиц, поскольку дополнительный газ может предпочтительно поднимать более легкие твердые частицы к выпуску 84 газа, приводя к улучшению классификации твердых частиц.
[0091] Площадь поперечного сечения подковообразного сепаратора на впуске 70, выпуске 82 и по всему подковообразному сепаратору (включая области 74, 76) может регулироваться для того, чтобы манипулировать поверхностной скоростью газа внутри устройства с тем, чтобы управлять эффективностью и селективностью разделения. В некоторых вариантах осуществления положение одной или более стенок сепаратора может быть регулируемым, или внутри одной или более секций сепаратора может быть расположен подвижный дефлектор, который может использоваться для управления эффективностью и селективностью разделения. В некоторых вариантах осуществления система может включать в себя анализатор размера частиц после выпуска 82, позволяющий регулировать в реальном времени конфигурацию потока через подковообразный сепаратор для получения желаемого разделения.
[0092] Использование подковообразных инерционных сепараторов, соединенных последовательно, или комбинации подковообразных инерционных сепараторов и циклонов может обеспечить гибкость, позволяющую одновременно достигать целевой общей эффективности разделения и целевой селективности отделения более крупных и/или более плотных частиц от менее плотных и/или более мелких твердых частиц.
[0093] Вторичный реактор 32 также может быть оборудован дефлекторами или структурированными внутренними элементами, такими как модульные сетки, описанные в патенте US 7179427. Другие типы внутренних элементов, которые улучшают эффективность контакта и селективность/выход продукта, также могут использоваться. Внутренние элементы могут улучшать распределение катализатора по реактору и улучшать контакт паров питания с катализатором, приводя к увеличению средней скорости реакции, увеличивать общую активность катализатора и оптимизировать рабочие условия для увеличения производства легких олефинов.
[0094] Раскрытые в настоящем документе варианты осуществления используют цеолит Y-типа или обычный катализатор FCC, максимизируя преобразование тяжелого углеводородного питания. Цеолит Y-типа или катализатор FCC имеют более мелкие и/или более легкие частицы, чем ZSM-5 или подобные катализаторы, используемые для улучшения производства легких олефинов в противоточном реакторе. ZSM-5 или подобные катализаторы имеют более крупные и/или более плотные частицы, чем цеолит Y-типа или катализатор FCC, используемые для улучшения разделения типов катализатора в каждом из реакторов со смешанным потоком и в сепараторе твердых частиц. Поверхностная скорость паров во втором реакторе поддерживается таким образом, чтобы она обеспечивала унос цеолита Y-типа или катализатора FCC и части катализатора ZSM-5 или ZSM-11 из реактора со смешанным потоком, и сепаратор твердых частиц может использовать разницу в конечных скоростях отдельных частиц или разницу между минимальными скоростями псевдоожижения/минимальными скоростями барботирования для отделения и возврата ZSM-5/ZSM-11 в реактор со смешанным потоком. Эта концепция позволяет устранить двухступенчатые системы FCC и, следовательно, получить упрощенный и эффективный способ. Катализаторы, используемые в этом способе, могут быть либо комбинацией цеолита Y-типа с катализатором FCC и ZSM-5, либо другими подобными катализаторами, такими как упомянутые в патентных документах US5043522 и US5846402.
[0095] Унос обоих катализаторов из реактора со смешанным потоком, последующее разделение и рециркуляция и накопление катализатора ZSM-5/ZSM-11 в реакторе со смешанным потоком устраняют потенциальные ограничения на поверхностную скорость газа во вторичном реакторе. Использование сосуда для разделения твердых частиц таким образом обеспечивает гибкость способа во вторичном реакторе, позволяя вторичному реактору работать в режиме барботируемого слоя, турбулентного слоя, или в режиме быстрого псевдоожижения, вместо того, чтобы ограничивать работу только режимом барботируемого слоя. Сосуд для разделения твердых частиц может быть циклоном или другим сосудом, в котором твердые частицы и газы вводятся через общий впуск, и посредством дегазации, воздействия инерционных и центробежных сил частицы отделяются на основе их размера и/или плотности, причем большая часть более мелких частиц FCC уносятся через выпуск для пара, а более крупные и/или более плотные частицы ZSM-5 или ZSM-11 возвращаются через трубу для плотной фазы или опускную трубу обратно во вторичный реактор 32.
[0096] В дополнение к подковообразному сепаратору частиц, описанному со ссылкой на Фиг. 2, Фиг. 3-5 иллюстрируют различные дополнительные устройства разделения частиц для использования в вариантах осуществления в настоящем документе. Как показано на Фиг. 3, сепаратор 900 в виде камеры с дефлекторами для разделения катализаторов или других частиц на основе их размера и/или плотности может включать в себя впуск 910, такой как горизонтальный трубопровод. Пары и частицы, содержавшиеся в горизонтальном трубопроводе, входят в камеру 912, прежде чем они будут отклонены дефлектором 914. Камера 912 соединена с первым вертикальным выпуском 916 и первым горизонтальным выпуском 918. Дефлектор 914 может быть расположен в середине камеры 912, ближе ко впуску 910, или ближе к горизонтальному выпуску 918 камеры. Дефлектор может быть расположенным под углом или подвижным, так что дефлектор может использоваться для отклонения большего или меньшего количества частиц катализатора, и может конфигурироваться для одной конкретный смеси частиц.
[0097] Способы в настоящем документе могут использовать сепаратор в виде камеры с дефлекторами 900 для отделения более крупных и/или более плотных частиц от более мелких и/или менее плотных частиц, содержащихся в газе-носителе, таком как выходной поток углеводородов. Сепаратор 90 в виде камеры с дефлектором может быть выполнен с возможностью: отделять по меньшей мере часть частиц второго типа от газа-носителя и частиц первого типа, извлекать частицы второго типа через первый вертикальный выпуск 916, и извлекать смесь, включающую в себя газ-носитель и частицы первого типа, через первый горизонтальный выпуск 918. Этот сепаратор может также включать в себя распределитель (не показан), расположенный внутри или рядом с первым вертикальным выпуском для введения псевдоожижающего газа, облегчающего дополнительное отделение частиц первого типа от частиц второго типа.
[0098] На Фиг. 4 показан жалюзийный сепаратор для использования в соответствии с вариантами осуществления в настоящем документе. Аналогично другим проиллюстрированным и описанным сепараторам, жалюзийный сепаратор 1000 может использоваться для разделения катализаторов или других частиц на основе их размера и/или плотности. Жалюзийный сепаратор 1000 может включать в себя вертикальный впуск 1010, связанный с камерой 1012, где один или более вертикальные сторон 1014 камеры снабжены узкими щелевыми выпусками 1016, которые могут быть описаны как жалюзи. Количество створок жалюзи может изменяться в зависимости от применения, такого как желаемая смесь частиц для разделения, и угол жалюзи может быть регулируемым для того, чтобы управлять количеством пара, проходящего и выходящего через отверстия жалюзи. Камера 1012 также соединена с первым вертикальным выпуском 1014 у основания камеры.
[0099] Способы в настоящем документе могут использовать жалюзийный сепаратор 1000 для отделения более крупных и/или более плотных частиц от более мелких и/или менее плотных частиц, содержащихся в газе-носителе, таком как выходной поток углеводородов. Жалюзийный сепаратор 1000 может быть выполнен с возможностью: отделять по меньшей мере часть частиц второго типа от газа-носителя и частиц первого типа, извлекать частицы второго типа через первый вертикальный выпуск 1014, и извлекать газ-носитель и частицы первого типа через отверстия 1016 жалюзи. Этот сепаратор может также включать в себя распределитель (не показан), расположенный внутри или рядом с первым вертикальным выпуском для введения псевдоожижающего газа, облегчающего дополнительное отделение частиц первого типа от частиц второго типа.
[00100] На Фиг. 5 показан инерционный сепаратор 1100 для использования в соответствии с вариантами осуществления в настоящем документе. Аналогично другим проиллюстрированным и описанным сепараторам, инерционный сепаратор 1100 может использоваться для разделения катализаторов или других частиц на основе их размера и/или плотности. Этот сепаратор может включать в себя впуск 1110 сверху, проходящий в камеру 1112. В некоторых вариантах осуществления высота или расположение впуска 1110 внутри камеры 1112 могут быть регулируемыми. Этот сепаратор может также включать в себя один или более боковых выпусков 1114, 1116, например от одного до восьми боковых выпусков, а также вертикальный выпуск 1118. Сепаратор может также включать в себя распределитель (не показан), расположенный внутри или рядом с вертикальным выпуском 1118 для ввода газа псевдоожижения.
[00101] Смесь 1172 твердых частиц или катализаторов с различными размерами вводится вместе с потоком газа-носителя через впуск 1110. Газы в смеси 1172 предпочтительно направляются к выпускам 1114, 1116 на основе перепадов давления, и инерционные силы разделения воздействуют на твердые частицы, заставляя частицы и газ-носитель поворачивать из расширенного впускного отверстия 1110 внутри камеры 1112 и течь к выпускам 1114, 1116, и при этом инерционные силы разделяют частицы с различными размерами/плотностью. Более крупные и/или более плотные твердые частицы 1174 предпочтительно опускаются вниз в секциях 1118 к опускной трубе (не показана), присоединенной к дну сепаратора, в то время более легкие или более мелкие твердые частицы 1176 предпочтительно уносятся с газовым потоком к выпускам 1114, 1116, откуда смесь мелких частиц и газов может быть извлечена.
[00102] В каждом из описанных в настоящем документе сепараторов путем регулирования скоростей потока газа, поступающих в нижнюю трубу/разделительную камеру и выходящих из главного выпуска для газового потока, можно манипулировать общей эффективностью разделения сепаратора и селективностью отделения более тяжелых и/или более крупных частиц от более легких или более мелких частиц. Это распространяется на полностью герметичную опускную трубу, где единственный поток газа, выходящий из опускной трубы, является потоком, захваченным выходящим потоком твердого вещества/катализатора.
[00103] В некоторых вариантах осуществления распылитель газа или дополнительный пар/инертный газ могут обеспечиваться вблизи верхней части секции выпуска тяжелых/плотных частиц, например, вблизи верхней части впускного отверстия трубы. Дополнительный подъемный газ, предусматриваемый внутри сепаратора, может дополнительно облегчать отделение более крупных и/или более плотных твердых частиц от менее плотных и/или более мелких твердых частиц, поскольку дополнительный газ может предпочтительно поднимать более легкие твердые частицы к выпускам для газа, приводя к улучшению классификации твердых частиц.
[00104] Описанные в настоящем документе сепараторы частиц могут быть внешними или внутренними по отношению к сосуду. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления выпускные отверстия для более крупных/плотных частиц могут быть связаны по текучей среде с внешним сосудом, обеспечивая селективную рециркуляцию или подачу отделенных частиц в желаемый реактор, чтобы поддерживать, например, желаемый баланс катализатора.
[00105] Раскрытые в настоящем документе варианты осуществления с помощью описанных выше способов, значительно увеличивают концентрацию желаемых катализаторов во вторичном реакторе 32, увеличивая выход легких олефинов. В дополнение к этому, этот способ также служит в качестве способа для того, чтобы отвязать извлечение и добавление ZSM-5 и ZSM5-11 от извлечения и добавления катализатора FCC. Таким образом, способ FCC, представленный в настоящем изобретении, создает желаемую среду, обогащенную каталитической добавкой ZSM-5 или ZSM-11, во вторичном реакторе 32, который может предпочтительно преобразовывать легкие лигроиновые продукты, такие как полученные из первичного реактора, для улучшения выхода легких олефинов при одновременной максимизации выхода средних дистиллятов путем применения оптимальных условий работы в первичном реакторе.
4
[00106] Другое преимущество раскрытых в настоящем документе вариантов осуществления состоит в том, что интегрированная двухреакторная схема преодолевает ограничения теплового баланса в автономных способах каталитического крекинга C/лигроина. Вторичный реактор (со смешанным потоком) действует как теплопоглотитель благодаря интеграции с регенератором катализатора, сводя к минимуму потребность в охладителе катализатора при переработке остатков исходного сырья.
[00107] Пары продукта из вторичного реактора передаются в реактор первой ступени/сосуд для разделения или устройство для прекращения реакции, в котором эти пары смешиваются и закаляются с продуктами с первой ступени и/или внешней закалочной средой, такой как LCO или пар, для минимизации нежелательных реакций термического крекинга. Альтернативно, линия выпуска продукта из вторичного реактора/сепаратора твердых частиц также может использоваться для введения дополнительного количества тяжелого питания или перенаправления части питания из реактора первой ступени (реактора с восходящим потоком). Это служит двум целям: (1) катализатор в линии выпуска пара из сепаратора твердых частиц представляет собой преимущественно цеолит Y-типа/обычный катализатор FCC, который является предпочтительным для крекинга этих тяжелых исходных молекул на средние дистилляты, и (2) такая реакция крекинга является эндотермической, что способствует снижению температуры выходящих паров продукта, а также времени пребывания.
[00108] В некоторых вариантах осуществления, раскрытых в настоящем документе, существующий блок FCC может быть дооснащен описанным выше вторичным реактором. Например, реактор надлежащего размера может быть соединен по текучей среде с существующим резервуаром для регенерации катализатора, чтобы обеспечить подачу катализатора и возврат из реактора со смешанным потоком, и соединен по текучей среде с существующим сосудом для разделения углеводородных продуктов и катализаторов. В других вариантах осуществления реактор со смешанным потоком может быть добавлен к основному блоку FCC, который нацелен на работу в бензиновом режиме, режиме легких олефинов или дизельном режиме.
[00109] Реакторная система, описанная выше со ссылками на Фиг. 1 и 6, относится главным образом к производству легких олефинов и выгодной концентрации катализатора в смешанной каталитической системе для повышения реакционной способности и селективности системы. Такая реакторная система может также использоваться для других систем смешанного катализатора, где концентрация одного из катализаторов может быть выгодной.
[00110] Например, в некоторых вариантах осуществления реакционная система может использоваться для десульфуризации бензина, где смесь катализатора может включать в себя более мелкий и/или менее плотный катализатор FCC, такой как цеолит Y, и более крупный и/или более плотный катализатор, такой как добавка для десульфуризации бензина. Такой способ описывается со ссылкой на Фиг. 7.
[00111] На Фиг. 7 проиллюстрирована упрощенная технологическая схема систем для крекинга и десульфуризации углеводородов согласно раскрытым в настоящем документе вариантам осуществления. Эта система включает в себя двухреакторную конфигурацию для производства олефинов, таких как пропилен и этилен, из нефтяного исходного сырья или других углеводородных потоков. Первый реактор 3 может быть, например, реактором с восходящим потоком для крекинга более тяжелых углеводородов. Второй реактор 32 является реактором псевдоожиженного слоя, который может быть оборудован дефлекторами или внутренними элементами. Подвергнутые крекингу углеводородные продукты, включая олефины и/или легкие лигроиновые продукты из первого реактора 3 или подобные потоки питания из внешних источников, могут быть обработаны во втором реакторе 32, чтобы улучшить качество продукта, например уменьшить полное содержание серы в углеводородах, обработанных во втором реакторе.
[00112] Тяжелые нефтяные остатки вводятся через один или более инжекторов 2 питания, расположенных около дна первого реактора 3. Тяжелое нефтяное питание контактирует с горячим регенерированным катализатором, вводимым через J-образный изгиб 1. Катализатор, подаваемый в первый реактор 3, является смесью катализаторов, включающей первый катализатор, селективный для крекинга более тяжелых углеводородов, такой как катализатор на основе цеолита Y-типа, и второй катализатор, селективный для десульфуризации углеводородов диапазона лигроина, которые могут также использоваться в комбинации с другими катализаторами. Первый и второй катализаторы могут отличаться по размеру частиц и/или плотности.
[00113] Тепло, требуемое для испарения питания и/или повышения температуры питания до желаемой температуры реактора, например в диапазоне от 500°C до приблизительно 700°C, а также для эндотермического тепла (теплоты реакции), может быть обеспечено горячим регенерированным катализатором, поступающим из регенератора 17.
[00114] После того, как основная часть реакции крекинга завершится, смесь продуктов, непрореагировавших паров сырья и отработанного катализатора поступает в двухступенчатую циклонную систему, размещенную в резервуаре 8 циклона. Эта двухступенчатая циклонная система включает в себя первичный циклон 4 для отделения отработанного катализатора от паров. Отработанный катализатор выгружается в отпариватель 9 через погружную трубу 5 первичного циклона. Мелкие частицы катализатора, захваченные отделенными парами из первичного циклона 4 и парами продукта из второго реактора 32, вводимыми через линию 36a и одноступенчатый циклон 36c, отделяются в циклоне 6 второй ступени. Собранная смесь катализатора выгружается в отпариватель 9 через погружную трубу 7. Пары из циклона 6 второй ступени выпускаются через выпуск 12b вторичного циклона, который может быть соединен с камерой 11, а затем направляются в ректификационную колонну/газовую установку 410 для извлечения продуктов, включая желаемые олефины. В случае необходимости пары продукта дополнительно охлаждаются путем ввода легкого рециклового газойля (LCO) или пара через линию 12a распределителя в качестве закалочной среды.
[00115] Ректификационная колонна 410 может быть, например, главной ректификационной колонной установки FCC, и может производить различные углеводородные фракции, включая легкую содержащую олефины фракцию 412, фракцию 414 лигроина и фракцию 416 тяжелых углеводородов среди других различных погонов углеводорода. Продукты, направляемые к ректификационной колонне/газовой установке 410, могут включать в себя другие легкие газы, такие как сероводород, который может образовываться во время десульфуризации; сепараторы, абсорберы или другие блоки могут быть включены, если такие примеси желательно отделять перед главной ректификационной колонной/газовой установкой.
[00116] Отработанный катализатор, извлеченный через погружные трубы 5, 7, подвергается отпариванию в отпарном слое 9 для удаления остаточных паров (паров углеводорода, захваченных между частицами катализатора) за счет противоточного контакта с паром, вводимым снизу отпаривателя 9 через паровой распределитель 10. Отработанный катализатор затем передается в регенератор 17 через трубу 13a отработанного катализатора и подъемную линию 15.Задвижка l3b отработанного катализатора, расположенная на трубе 13a отработанного катализатора, используется для регулирования потока катализатора из отпаривателя 9 к регенератору 17. Небольшая часть воздуха для горения или азота может быть введена через распределитель 14, чтобы помочь плавному переносу отработанного катализатора.
[00117] Закоксованный или отработанный катализатор выгружается через распределитель 16 отработанного катализатора в центре плотного слоя 24 регенератора. Воздух для горения вводится воздушным распределителем 18, расположенным внизу слоя 24 регенератора. Кокс, осаждающийся на катализаторе, затем сжигается в регенераторе 17 посредством реакции с воздухом для горения. Мелочь катализатора, захваченная дымовым газом, собирается в циклоне 19 первой ступени и циклоне 21 второй ступени и выгружается в слой катализатора в регенераторе через соответствующие погружные трубы 20, 22. Дымовой газ, извлеченный из выпуска циклона 21 второй ступени, направляется в линию 50 дымового газа через камеру 23 регенератора для последующей рекуперации тепла и/или энергии.
[00118] Первая часть восстановленной смеси катализатора извлекается через трубу 27 восстановленного катализатора, которая соединяется с J-образным изгибом 1. Поток катализатора из регенератора 17 в реактор 3 может регулироваться задвижкой 28, расположенной на трубе 27 регенерированного катализатора. Открытие задвижки 28 регулируется для управления потоком катализатора для поддержания желаемой верхней температуры в реакторе 3.
4
4
[00119] В дополнение к подъему пара также предусмотрен впрыск исходных потоков, таких как олефины C и лигроин или подобные внешние потоки, в качестве подъемной среды в J-образный изгиб 1 через газораспределитель 1a, расположенный в Y-секции, для обеспечения плавного переноса регенерированного катализатора из J-образного изгиба 1 в реактор 3. J-образный изгиб 1 может также действовать как реактор плотного слоя для крекинга олефинов C и потоков лигроина на легкие олефины при условиях, благоприятных для таких реакций.
[00120] Вторая часть регенерированной смеси катализатора извлекается во второй реактор 32 через трубу 30. Задвижка 31 может использоваться для управления потоком катализатора из регенератора 17 во второй реактор 32 на основе заданной температуры пара на выпуске. Одна или более углеводородных фракций, таких как потоки лигроина, могут быть введены в нижнюю секцию слоя катализатора через один или более распределителей 34 (34a, 34b) питания, в жидкой или паровой фазе. В некоторых вариантах осуществления лигроиновое питание может включать в себя часть или весь лигроин 414 из ректификационной колонны 410. Второй реактор 32 работает в режиме смешанного потока, в котором часть регенерированного катализатора течет вниз (от верха до низа реакторного слоя) и/или циркулирует внутри сосуда 32, а часть регенерированной смеси катализатора и поток исходных углеводородов течет вверх (от низа к верху реакторного слоя, унося более мелкие/менее плотные частицы из верхней части реактора с выходящими углеводородами).
[00121] Второй реактор 32 может быть оборудован дефлекторами или структурированными внутренними элементами (не показаны), которые способствуют плотному контакту и смешиванию молекул питания и катализатора. Эти внутренние элементы могут также помочь минимизации образования каналов, роста пузырьков и/или коалесценции. Второй реактор 32 может также быть увеличен в различных секциях вдоль длины для поддержания постоянной или желаемой поверхностной скорости газа внутри секции.
[00122] После завершения реакции катализатор отпаривается в самой нижней части второго реактора 32 для отделения захваченных исходных углеводородов/продуктов с использованием в качестве отпаривающей среды пара, вводимого через распределитель 35. Отработанный катализатор со дна реактора 32 может быть извлечен через линию 418 извлечения катализатора. Альтернативно отработанный катализатор со дна реактора 32 может быть передан в регенератор 17, как было описано выше со ссылкой на Фиг. 1 (через трубу 37 и подъемную линию 40 через распределитель 41 отработанного катализатора, где воздух для горения или азот могут быть введены через распределитель 39 для обеспечения плавного переноса катализатора к регенератору 17). Задвижка (не показана) может использоваться для управления потоком катализатора из второго реактора 32.
[00123] Как было отмечено выше, второй реактор 32 использует два различных катализатора, которые могут отличаться размером их частиц и/или плотностью, например менее плотный и/или более мелкий цеолит Y-типа или катализатор FCC и более крупный и/или более плотный катализатор десульфуризации. Поверхностная скорость газа во втором реакторе 32 поддерживается таким образом, чтобы по существу весь или значительная часть более легкого и более мелкого катализатора и часть более крупного и/или более плотного катализатора уносились из реактора с углеводородными продуктами и паром, извлекаемыми через линию 45. Часть более крупного и/или более плотного катализатора может оставаться внутри реактора 32, формируя плотный слой в нижней части реактора, как было отмечено выше.
[00124] Выпускной поток из реактора 32, извлекаемый через линию 45, может таким образом включать в себя десульфированные углеводородные продукты, непрореагировавшее исходное углеводородное сырье, пар (отпаривающую среду) и смесь катализатора, включая по существу весь более легкий и более мелкий катализатор и часть более крупного и/или более плотного катализатора, введенных в реактор 32. Выпускной поток может быть затем направлен через линию 45 в сепаратор 47 твердых частиц. Сепаратор 47 может быть сепаратором, выполненным с возможностью разделения двух типов катализатора на основе их физических свойств, а именно размера частиц и/или плотности. Например, сепаратор 47 может использовать разности в инерционных силах или центробежных силах для отделения более мелкого и/или более легкого катализатора от более крупного и/или более тяжелого катализатора. Резервуар 47 для отделения твердых частиц является внешним по отношению ко второму реактору 32 и работает в таком гидродинамическом режиме, который улучшает разделение двух типов катализатора на основе их физических свойств.
[00125] После разделения в сепараторе 47, более легкий и более мелкий катализатор (цеолит Y-типа/катализатор FCC) передается из сепаратора 47 в общий разделитель или контейнер 8, вмещающий в себя циклоны реактора с восходящим потоком и/или систему прекращения реакции, через выпускную линию 36a. Более крупный и/или более тяжелый катализатор десульфуризации может быть возвращен через линию 49 в реактор 32 со смешанным потоком для продолжения реакции с исходными углеводородами, вводимыми через распределители 34a/b.
[00126] Унос по существу всего более легкого/более мелкого катализатора и части более тяжелого и/или более крупного катализатора, последующие разделения и возврат более тяжелого и/или более крупного катализатора в реактор 32 могут обеспечить значительное накопление более крупного и/или более тяжелого катализатора в реакторе 32. Поскольку этот катализатор является более селективным для десульфуризации углеводородов диапазона лигроина, накопление большего и/или более тяжелого катализатора может обеспечить преимущество в селективности и выходе. Кроме того, работа реактора в режиме потока псевдоожижения для захвата обоих типов катализатора может обеспечить большее удобство использования реактора или большую гибкость его работы, как было обсуждено выше.
[00127] Углеводородное питание, такое как тяжелый вакуумный газойль или тяжелые остатки, легкий рецикловый газойль (LCO) или пар могут вводиться в качестве закалочной среды в выпускную линию 36a через распределитель 36b. Объемной скоростью потока такой закалочной среды можно управлять путем задания температуры потока, входящего в контейнер 8. Все пары от второго реактора 32, включая подаваемые через распределитель 36b, выпускаются в разбавленную фазу контейнера 8 через одноступенчатый циклон 36c. Использование углеводородного питания в качестве закалочной среды является предпочтительным, поскольку это служит двойной цели охлаждения продуктов из второго реактора 32, а также улучшает производство средних дистиллятов.
[00128] Реактор 3 первой ступени, такой как реактор с восходящим потоком, может работать в режиме быстрого псевдоожижения (например, при поверхностной скорости газа в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 10 м/с в нижней секции) и в режиме пневматического переноса (например, при поверхностной скорости газа в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 20 м/с) в верхней секции.
-1
-1
[00129] Объемная скорость во втором реакторе 32 обычно находится в диапазоне от приблизительно 0,5 час до приблизительно 50 час; времена пребывания пара и катализатора могут изменяться от приблизительно 2 до приблизительно 20 с. По мере необходимости добавочный катализатор может вводиться через одну или более линий 42, 43. Например, свежий добавочный катализатор FCC, или цеолитный катализатор Y-типа, или их смесь может вводиться в регенератор 17 через линию 42, и свежая или добавочная добавка для десульфуризации бензина может вводиться во второй реактор 32 через линию 43. Общий запас катализатора в системе может поддерживаться, например, путем извлечения смешанного катализатора из регенератора 24 и/или реактора 32. Запасом катализатора и накоплением предпочтительного катализатора внутри реактора 32 можно управлять, как было описано выше. Дополнительно к этому, в некоторых вариантах осуществления бункер 26 катализатора может использоваться в совокупности с линией 25 извлечения катализатора, линией 29 уравнивания давления и трубой 27, как было описано выше.
[00130] Аналогичным образом реакторная система, показанная на Фиг. 7, может использоваться для выгодной обработки тяжелого исходного углеводородного сырья, включая тяжелую или первичную нефть. В таком варианте осуществления система смешанного катализатора может включать в себя, например, более мелкий и/или менее плотный катализатор FCC, такой как цеолит-Y, и более крупную и/или более плотную добавку для обработки тяжелой нефти. Например, добавка для обработки тяжелой нефти может представлять собой, среди прочего, катализатор с активной матрицей, добавку для улавливания металлов, крупный и/или плотный Ecat (равновесный катализатор), катализатор матричного или связующего типа (такой как каолин или песок) или катализатор FCC с высоким отношением матрица/цеолит. Добавка для обработки тяжелой нефти может иметь минимальную каталитическую активность в отношении крекинга более тяжелых углеводородов, и может просто обеспечивать необходимую площадь поверхности для протекания реакций термического крекинга. Тяжелое углеводородное питание может быть введено в реактор 32 через распределители 43 a/b, и система может работать как было описано выше для улучшения обработки тяжелого исходного углеводородного сырья.
-1
[00131] Объемная скорость во втором реакторе 32 при работе в условиях обработки тяжелых углеводородов обычно находится в диапазоне 0,1-100 час; а времена пребывания пара и частиц могут составлять 1-400 с. По мере необходимости добавочные частицы могут вводиться через одну или более линий 42, 43; может быть выгодным добавлять катализатор FCC или катализатор Y-типа в регенератор 17 через линию 42 и добавку для обработки тяжелой нефти через линию 43 во второй реактор 32. Общая системная активность поддерживается путем извлечения частиц через линию 418 из второго реактора 32 и из регенератора 24. Запасом твердых частиц и накоплением предпочтительной добавки для обработки тяжелой нефти во втором реакторе 32 можно управлять путем добавления через линию 43 и извлечения через линию 418. Рабочая температура во втором реакторе 32 регулируется катализатором, поступающим из линии 30 регенератора 17 через задвижку 31, и может колебаться в диапазоне 400-700°C. В некоторых вариантах осуществления продукт второго реактора 32 может быть по существу питанием для первичного реактора 3 с восходящим потоком. Дополнительно к этому, в некоторых вариантах осуществления бункер 26 катализатора может использоваться в совокупности с линией 25 извлечения катализатора, линией 29 уравнивания давления и трубой 27, как было описано выше.
[00132] В целом технологические схемы, проиллюстрированные на Фиг. 1, 6 и 7, используют технологию разделения катализатора/частиц для обработки дополнительного или рециркуляции углеводородного сырья во вторичном сосуде. Смесь катализатора, циркулирующая через систему, может включать в себя катализаторы, селективные к конкретным реакциям, таким как крекинг, десульфуризация, деметаллизация, деазотирование и т.п., где катализаторы смеси выбираются так, чтобы они имели отличающиеся физические свойства, как было описано выше, так, чтобы желаемый катализатор мог быть сконцентрирован во вторичном реакторе. Регенерированный катализатор подается во вторичный реактор/сосуд, который может работать в режиме псевдоожиженного слоя, режиме барботируемого слоя или режиме турбулентного слоя (в зависимости от применения). Выходной поток вторичного реактора/сосуда поступает в сепаратор 47, где первичный и вторичный катализаторы разделяются на основании их размера и/или плотности, и нижний продукт сепаратора, обогащенный вторичным катализатором, возвращается обратно во вторичный реактор/сосуд. Вторичный реактор/сосуд имеет необязательный отбор катализатора, что может быть выгодным в зависимости от применения, а также от различных углеводородных исходных материалов в зависимости от применения. Концентрация вторичного катализатора может улучшать работоспособность, гибкость и селективность всей реакционной системы.
[00133] Сепаратор 47, описанный выше со ссылкой на Фиг. 2, может использоваться для улучшения производительности и гибкости систем обработки углеводородов со смешанным катализатором, где сепаратор 47 может быть расположен в других выгодных положениях внутри системы. Такие способы и системы описываются ниже со ссылками на Фиг. 8-11, где одинаковые ссылочные цифры означают одинаковые детали.
[00134] На Фиг. 8A показана упрощенная схема способа систем для преобразования углеводородов и производства олефинов согласно раскрытым в настоящем документе вариантам осуществления, где одинаковые ссылочные цифры указывают одинаковые детали. Схема, показанная на Фиг. 8A, добавляет емкость 510 для хранения катализатора, в которую регенерированный катализатор подается из регенератора FCC через линию 30 извлечения катализатора 30 и задвижку 31. Емкость 510 может псевдоожижаться средой псевдоожижения, такой как, например, воздух, азот или пар, вводимой через линию 516. Выходной поток 45 подается в сепаратор 47, где смесь катализаторов разделяется. Нижний продукт 49 сепаратора, обогащенный более крупным и/или более тяжелым катализатором, возвращается обратно в емкость 510 для хранения катализатора, где концентрация более крупного и/или более плотного катализатора будет расти. Поток 514 остатка из сепаратора 510 в этом варианте осуществления возвращается в сосуд 8 для разделения. Линия 512 нижнего продукта емкости для хранения может иметь задвижку (не показана), которая может управлять подачей катализатора во вторичный реактор/сосуд 32, который может работать аналогично описанному выше со ссылками на Фиг. 1, 6 и 7. Предпочтительно катализатор, сконцентрированный в сосуде 510, не будет насыщен углеводородом, и может обеспечить меньшее время контакта с катализатором во вторичном реакторе/сосуде 32.
[00135] Фиг. 8B иллюстрирует систему, подобную системе на Фиг. 8A, за исключением того, что катализатор, извлеченный из сепаратора 47 через линию 514, возвращается в регенератор 17 катализатора, а не направляется в сосуд 8 для разделения. Сосуд, в который направляется катализатор в линии 514, может зависеть от типа газа для псевдоожижения, вводимого через линию 516, а также от возможностей систем, принимающих поток из регенератора 17 или из сосуда 8 через линии 50 и 12b, соответственно. Когда газом псевдоожижения является пар, например, катализатор в линии 514 предпочтительно направляется в сосуд 8; а когда газом псевдоожижения является воздух или азот, например, катализатор в линии 514 предпочтительно направляется в регенератор 17.
[00136] Фиг. 8A и 8B показывают, что более мелкие частицы, извлеченные через линию 514, направляются в регенератор 17 или в сосуд 8 для разделения, а более крупные и/или более тяжелые частицы, извлеченные через линию 512, направляются во вторичный реактор 32. Варианты осуществления в настоящем документе также предусматривают направление более мелких и/или более легких частиц, извлеченных через сепаратор 47 и линию 514, во вторичный реактор 32 при рециркуляции более крупных и/или более тяжелых частиц в регенератор 17 или отпариватель 9.
[00137] Фиг. 8A и 8B дополнительно иллюстрируют систему с сосудом 510, накапливающим/концентрирующим большие частицы для использования во вторичном реакторе. Когда может быть достаточно однопроходного разделения, контейнер 510 может быть исключен из системы, как проиллюстрировано на Фиг. 9A и 9B, где одинаковые ссылочные цифры обозначают одинаковые детали. В этих вариантах осуществления смесь катализатора подается прямо из регенератора 17 катализатора через погружную трубу 30 в сепаратор 47. Воздух или другие газы для псевдоожижения могут подаваться через линию 610, при условии, что объемная скорость потока является достаточной для инерционного разделения. Более мелкие/легкие частицы могут быть извлечены через линию 612, а более крупные и/или более тяжелые частицы могут быть извлечены через линию 614. На Фиг. 9A показано, что во вторичный реактор 32 направляются более крупные и/или более тяжелые частицы, тогда как на Фиг. 9B показано, что во вторичный реактор 32 направляются более мелкие и/или более легкие частицы.
[00138] Фиг. 9A и 9B иллюстрируют возврат части частиц в регенератор 17. Аналогично вышеприведенному описанию со ссылками на Фиг. 8A и 8B, частицы, не подаваемые в реактор 32, могут быть возвращены либо в регенератор 17, либо в сосуд 8 для разделения, и это может зависеть от среды для псевдоожижения и/или возможностей последующей обработки.
[00139] Схемы способа, проиллюстрированные на Фиг. 9A и 9B, используют однопроходную версию сепаратора в отличие от тех версий, которые используют рециркуляцию для увеличения концентрации. В этой схеме регенерированный катализатор направляется в сепаратор, где либо нижний продукт, либо верхний продукт сепаратора может быть направлен во вторичный реактор. Если направляется нижний продукт, катализатор обогащается более крупными и/или более плотными частицами. Если во вторичный реактор направляется верхний продукт, катализатор обогащается более мелкими и/или менее плотными частицами. Эта схема также может быть организована таким образом, что вторичный реактор отсутствует, и сепаратор располагается между регенератором и первичным реактором с восходящим потоком, концентрируя катализатор аналогично описанному для способа, который описывается ниже со ссылкой на Фиг. 11.
[00140] Варианты осуществления, показанные на Фиг. 8A/B, отделяют рециркулирующий катализатор от вторичного реактора, достигая более высокой концентрации желаемого катализатора во вторичном реакторе, однако это требует дополнительных капитальных затрат. Варианты осуществления 6A/B также отделяют рециркулирующий катализатор от вторичного реактора, достигая умеренного увеличения концентрации желаемого катализатора по сравнению со схемой на Фиг. 7, например, но при более низких капитальных затратах, чем вариант осуществления, показанный на Фиг. 9A/B.
[00141] На Фиг. 10 показана упрощенная схема способа систем для обработки углеводородов согласно раскрытым в настоящем документе вариантам осуществления, где одинаковые ссылочные цифры указывают одинаковые детали. Эта схема не содержит вторичного реактора и имеет сепаратор 47, получающий выходной поток из первичного стояка 3. Выходной поток стояка, который содержит смешанный катализатор, может быть направлен в сепаратор 47, где часть катализатора возвращается в стояк 3 из нижней части 710 сепаратора, обогащая тем самым концентрацию более крупного и/или более тяжелого катализатора в реакторе 3 с восходящим потоком. Верхний продукт 712 сепаратора 47 направляется в отпарной сосуд 8, где углеводородные продукты отделяются от оставшегося катализатора. Эта конфигурация также может использоваться со смесью катализатора без какой-либо классификации в качестве способа рециркуляции отработанного катализатора в стояк 3.
[00142] Обогащенная фракция 710 катализатора может вводиться в стояк 3 до или после (как проиллюстрировано) впуска питания регенерированного катализатора из трубы 27, и в некоторых вариантах осуществления может вводиться в одной или более точках вдоль длины реактора 3 с восходящим потоком. Положение точки ввода может зависеть от вторичного углеводородного питания, температуры рециркулирующего катализатора 710 и других переменных, которые могут использоваться для оптимизации обработки углеводородов в реакторе 3 с восходящим потоком.
[00143] Углеводородные продукты, извлеченные из сосуда 8 для разделения/отпаривателя 9, могут быть направлены, как было описано выше, в ректификационную колонну/газовую установку 720 для разделения и извлечения одной или более углеводородных фракций 722, 724, 726, 728, 730. Одна или более извлеченных углеводородных фракций из ректификационной колонны/газовой установки в вариантах осуществления может возвращаться в реактор 3 с восходящим потоком или вторичный реактор 32 для дополнительной обработки.
[00144] На Фиг. 11 показана упрощенная схема способа систем для обработки углеводородов согласно раскрытым в настоящем документе вариантам осуществления, где одинаковые ссылочные цифры указывают одинаковые детали. В этой схеме бункер 26 регенератора катализатора связан по текучей среде с реактором 3 с восходящим потоком. Регенерированный смешанный катализатор, который содержит более мелкий и/или менее плотный катализатор и более крупный и/или более плотный катализатор, течет из регенератора 17 в бункер 26 регенератора катализатора. Бункер 26 псевдоожижается паром и/или воздухом, подаваемым через распределитель 810. Верхний выходной поток 816 из бункера течет в сепаратор 47. В сепараторе 47, который был описан ранее, катализаторы разделяются, и нижний продукт 814, обогащенный более крупным и/или более плотным катализатором, может быть возвращен в бункер 26 регенератора катализатора, когда он псевдоожижается воздухом, или в сосуд 8 для разделения, когда он псевдоожижается паром. Это будет увеличивать концентрацию более крупного и/или более плотного катализатора в бункере 26 регенератора катализатора. Верхний продукт 812 из сепаратора 47 может быть направлен в регенератор или в сосуд отпаривателя. Дно 27 бункера регенератора катализатора имеет отвод с задвижкой 28, которая управляет потоком катализатора, обогащенного более крупным и/или более плотным катализатором, в стояк 3. Таким образом, стояк 3 работает с более высокой эффективной концентрацией катализатора, чем запас в системе, создавая предпочтительные продукты на основе свойств катализатора.
[00145] Концентрация катализатора в бункере регенератора катализатора, описанном выше со ссылкой на Фиг. 11, может выполняться периодически. Смесь катализатора в системе может циркулировать через стояк, отпариватель и регенератор без достаточного псевдоожижения в бункере 26 для уноса катализаторов в сепаратор 47. Когда происходит изменение в желаемой смеси продуктов, углеводородном питании или других факторах, при котором может быть выгодно работать с более высокой концентрацией конкретного катализатора в смеси катализатора, катализатор в бункере 26 регенератора катализатора может псевдоожижаться и разделяться с помощью сепаратора 47. Когда факторы снова изменятся, псевдоожижение бункера катализатора может быть прекращено. Таким образом может быть улучшена гибкость системы относительно продуктов и питания.
[00146] В то время как Фиг. 10 и 11 показывают схему с единственным стояком, устройство для разделения твердых частиц может использоваться для улучшения эффективности системы с несколькими стояками. Например, система с двумя стояками может получать выгоду из концентрации одного катализатора в стояке, который может обрабатывать питание, отличное от питания второго стояка.
[00147] Варианты осуществления в настоящем документе могут использовать различные типы катализаторов или частиц для выполнения желаемых реакций, где общий регенератор может использоваться для регенерации смеси катализаторов, и сепаратор предпочтительно располагается так, чтобы обогащать один или более реакторов одним конкретным катализатором, содержащимся в смеси катализаторов. Варианты осуществления в настоящем документе могут использоваться для улучшения отдельных операций, а также для улучшения селективности и гибкости реакционных систем, например, для применений, включающих в себя производство легких олефинов, десульфурацию бензина и переработку тяжелой нефти.
[00148] Производство легких олефинов может включать в себя подачу различных легких, средних и тяжелых исходных углеводородов в стояк, как было описано выше. Питание второго реактора 32 может включать в себя среди прочего лигроин, такой как прямогонный лигроин или рециркуляционный катализированный лигроин. Смесь катализатора для производства легких олефинов может включать в себя среди прочего более мелкий и/или менее плотный катализатор, такой как катализатор FCC (например цеолит Y), а также более тяжелый/более плотный катализатор, такой как ZSM-5 или ZSM-11. Другие катализаторы крекинга также могут использоваться. Различные катализаторы для крекинга углеводородов раскрыты в патентах US №№ 7375257, 7314963, 7268265, 7087155, 6358486, 6930219, 6809055, 5972205, 5702589, 5637207, 5534135 и 5314610 и др.
2
3
[00149] Варианты осуществления, направленные на десульфуризацию бензина, могут включать в себя подачу в стояк различных легких, средних и тяжелых исходных углеводородов, как было описано выше. Питание второго реактора 32 также может включать в себя среди прочего лигроин, такой как прямогонный лигроин или рециркуляционный катализированный лигроин. Смесь катализатора для производства легких олефинов может включать в себя среди прочего более мелкий и/или менее плотный катализатор, такой как катализатор FCC (например цеолит Y), а также более крупный и/или более плотный катализатор, с функциональностью десульфуризации, такой как MgO/AlO с добавками различных металлов. Также могут использоваться другие катализаторы десульфуризации, например раскрытые в патентах US №№ 5482617, 6482315, 6852214, 7347929. В некоторых вариантах осуществления смесь катализатора может включать в себя композицию катализатора крекинга, имеющую активность десульфуризации, такую как раскрытая в патенте US5376608 и т.п.
[00150] Варианты осуществления, направленные на переработку тяжелой нефти, могут включать в себя подачу в стояк различных легких, средних и тяжелых исходных углеводородов, как было описано выше. Питание второго реактора 32 может включать в себя углеводороды или углеводородные смеси, имеющие температуры кипения или интервал кипения выше приблизительно 340°C. Исходное углеводородное сырье, которое может использоваться с способами, раскрытыми в настоящем документе, может включать в себя различные потоки нефтепереработки и другие углеводородные потоки, такие как нефтяные атмосферные или вакуумные остатки, деасфальтированную нефть, битумный пек, кубовые продукты атмосферных или вакуумных колонн гидрокрекинга, прямогонные вакуумные газойли, подвергнутые гидрокрекингу вакуумные газойли, суспензии FCC в нефти, вакуумные газойли после способа гидрокрекинга в кипящем слое, сланцевую нефть, каменноугольную нефть, битуминозные пески, талловые масла, биомасла, мазут, а также другие подобные потоки углеводородов или их комбинации, каждый из которых может быть прямогонным, полученным в результате некоторого способа, подвергнутым гидрокрекингу, частично десульфированным и/или частично деметаллизированным потоком. В некоторых вариантах осуществления углеводородные фракции остатка могут включать в себя углеводороды, имеющие нормальную температуру кипения по меньшей мере 480°C, по меньшей мере 524°C или по меньшей мере 565°C. Смесь катализатора для обработки тяжелых углеводородов может включать в себя более мелкий и/или менее плотный катализатор, такой как катализатор FCC (например цеолит Y), а также более крупный и/или более плотный катализатор, такой как катализатор с активной матрицей, добавка для улавливания металлов, крупный/плотный Ecat (равновесный катализатор), катализатор матричного или связующего типа (такой как каолин или песок) или катализатор FCC с высоким отношением матрица/цеолит. Также могут использоваться другие катализаторы крекинга, такие как, например, один или более из раскрытых в патентах US5160601, US5071806, US5001097, US4624773, US4536281, US4431749, US6656347, US6916757, US6943132 и US7591939.
[00151] Системы в настоящем документе также могут использоваться для предварительной обработки тяжелого сырья, такого как сырая нефть или битум, извлеченный из битуминозных песков. Например, реактор 32, такой как на Фиг. 1 или 9, среди прочих, может использоваться для предварительной обработки битума перед дальнейшей обработкой этого тяжелого сырья в последующих операциях, которые могут включать в себя разделение в последующей системе разделения и возврат одной или более фракций для дополнительного преобразования в реакторе 3. Возможность предварительной обработки тяжелой нефти предпочтительными частицами в смеси частиц или катализатора может обеспечить выгодную интеграцию обработки тяжелого сырья, если в противном случае это было бы вредно для катализатора и общей эффективности системы.
[00152] Варианты осуществления в настоящем документе описывают смесь катализатора, разделяемую сепаратором, и эффективную предпочтительную концентрацию катализатора в смеси в реакторе. Как показано на чертежах, катализатор, сконцентрированный в реакторе, проиллюстрирован как возвращаемый из сепаратора вблизи верхней части реактора или сосуда. Варианты осуществления в настоящем документе также допускают возврат катализатора из сепаратора в среднюю или нижнюю части реактора, и место возврата катализатора может зависеть от обрабатываемого углеводородного питания, типов катализатора в смеси и желаемого градиента катализатора внутри реактора. Варианты осуществления в настоящем документе также допускают возврат катализатора в несколько положений внутри реактора. Обеспечивая возможность повышения концентрации конкретного катализатора или частицы в смеси в данном реакторе, варианты осуществления в данном документе также могут быть использованы для системы с одним катализатором; описанные в настоящем документе сепараторы частиц и системы могут увеличивать отношение катализатор/нефть, что увеличивает время каталитического контакта.
[00153] Как было описано выше для вариантов осуществления, второй реактор интегрируется с реактором FCC с восходящим потоком и системой разделения. Этот реактор находится в связи по потоку с другими сосудами, обеспечивая селективную каталитическую обработку и интегрированную закалку углеводородного продукта, разделение и регенерацию катализатора. Такая интегрированная реакторная система предлагает одно или несколько из указанных выше преимуществ и особенностей вариантов осуществления способов, раскрытых в данном документе, и может обеспечивать улучшенный или оптимальный способ каталитического крекинга углеводородов для получения легких олефинов.
4
[00154] Варианты осуществления в настоящем документе могут использовать два типа частиц катализатора, такие как катализатор Y-цеолит/FCC с более мелким размером частиц и/или меньшей плотностью и частицы ZSM-5 более крупного размера и/или более плотные. Сепаратор с селективной рециркуляцией может быть использован для предпочтительного отделения Y-цеолита от катализатора ZSM-5. Использование такой каталитической системы позволяет захватывать более легкие и более мелкие частицы, тем самым удерживая частицы типа ZSM-5 в дополнительном новом реакторном слое. Реагенты подвергаются селективному каталитическому крекингу в присутствии катализатора типа ZSM-5, который является предпочтительным для максимизации выхода легких олефинов из потоков питания C и лигроина. Сепаратор представляет собой устройство, которое может облегчать разделение двух типов катализаторов из-за разницы в их размере частиц и/или плотности. Примерами сепараторов с селективной рециркуляцией могут быть циклонный сепаратор, сетчатый сепаратор, механические грохоты, гравитационная камера, центробежный сепаратор, встроенный или пневматический классификатор, или другие типы сепараторов, используемых для эффективного разделения частиц на основе их размера и/или гидродинамических свойств. Сепаратор соединяется с верхней частью второго реактора, который связан по потоку со вторым реактором, а также регенератором и первым реактором/отпаривателем.
[00155] Реактор может быть снабжен дефлекторами или модульными решетчатыми внутренними элементами. Это обеспечивает плотный контакт катализатора с молекулами углеводородного питания, способствует разрушению пузырьков и предотвращает рост пузырьков из-за коалесценции, образование каналов или обход катализатора или питания.
[00156] Традиционно подпитка свежего катализатора для поддержания активности катализатора вводится в слой регенератора с использованием воздуха. В отличие от этого, предлагается вводить желаемый катализатор/добавку с высокой концентрацией непосредственно во второй слой реактора, используя пар или азот в качестве транспортирующей среды. Это помогает получить постепенное увеличение концентрации и хорошую селективность.
[00157] Описанные в настоящем документе конфигурации реактора обеспечивают достаточную гибкость и рабочее окно для регулировки рабочих условий, таких как часовая объемная скорость (WHSV), время пребывания катализатора и паров углеводородов, температура реакции, отношение катализатор/нефть и т.д. Например, в некоторых вариантах осуществления температура верхней части/слоя второго реактора регулируется путем регулирования потока катализатора из регенератора, что косвенно управляет отношением катализатор/нефть. В то же время уровень слоя в реакторе может регулироваться путем манипулирования потоком отработанного катализатора из реактора в регенератор, который управляет значением WHSV и временем пребывания катализатора.
[00158] В то время как настоящее раскрытие включает в себя ограниченное количество вариантов осуществления, специалисту в данной области техники, обладающему преимуществом этого раскрытия, будет понятно, что могут быть разработаны и другие варианты осуществления, которые не выходят за пределы области охвата настоящего раскрытия. Соответственно, область охвата должна быть ограничена только прилагаемой формулой изобретения.