Реактор с псевдоожиженным слоем катализатора

 

Использование: в химической технологии для проведения процесса переработки углеводородного сырья. Сущность изобретения: корпус состоит из реакционной, регенерационной и сепарационной камер. Регенерационная камера с кипящим слоем регенерируемого окислителем катализатора соединена с кипящим слоем катализатора реакционной камеры отверстием (каналом), через которое попеременно выходят газы регенерации, эвакуируется регенерированный катализатор и поступает на регенерацию отработанный катализатор. В нижнюю часть камеры регенератора и в кипящий слой реакционной камеры поступает окислитель. 3 ил.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для проведения процессов переработки углеводородов в псевдоожиженном слое катализатора.

Известны устройства для переработки углеводородов в псевдоожиженном слое катализатора, содержащие размещенные в отдельных корпусах камеру с псевдоожиженным слоем катализатора, соединенные между собой и каналами, обеспечивающими рециркуляцию катализатора [1 и 2] В этих устройствах не может быть эффективно использовано тепло, выделяемое при регенерации катализатора.

Известны устройства, в которых камера регенерации и реакционная камера размещены в одном корпусе концентрично, что дает возможность более эффективно использовать тепло, выделенное при регенерации (3-5). Циркуляция катализатора в этих устройствах обеспечивается либо за счет создания повышенного давления попеременно в реакционной камере и камере регенерации [3] либо за счет эжекции газовым потоком [4 и 5] Это затрудняет создание оптимальных условий по температурному режиму и давлению.

Наиболее близким к предлагаемому является аппарат для проведения реакций в псевдоожиженном слое катализатора, содержащий корпус, расположенные в его нижней половине концентрично цилиндрические перегородки, образующие камеры с псевдоожиженным слоем катализатора, открытые в верхней части, патрубки ввода потоков в каждую из камер, распределитель вводимого в центральную камеру потока газа, размещенные в верхней половине корпуса, куда поступают газообразные продукты из обеих камер, циклонные сепараторы, соединенные с патрубком вывода продуктов [6] В данном аппарате происходит перемещение катализатора из наружной камеры во внутреннюю, однако циркуляция катализатора из внутренней камеры во внешнюю предусмотрена.

Цель изобретения повышение экономичности, обеспечение оптимальных условий проведения процессов переработки углеводородов и регенерации катализатора в одном аппарате с использованием выделяемого при выжиге кокса тепла.

Это достигается тем, что регенерация катализатора проводится в двух или нескольких секциях регенератора, имеющих тепловой контакт (например, общие теплопроводящие стенки) с камерой реакции, а внутренние полости секций регенерации имеют выход (например, отверстие, канал) в кипящий слой катализатора зоны реакции.

Регенерация катализатора производится в кипящем слое, создаваемом окислителем (например, воздух, кислород), удаление катализатора из секции регенератора производится через канал в верхней стенке камеры регенератора за счет увеличения скорости газов в кипящем слое выше скорости уноса, а заполнение секции катализатором для его регенерации самотеком через тот же канал при уменьшенной скорости псевдоожижающего газа.

Указанные особенности и некоторые другие данные в описании конструкции и ее работы дают возможность поддерживать работоспособность катализатора на эффективном уровне при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах.

На фиг. 1 изображен предлагаемый реактор; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 примерная циклограмма подачи окислителя в регенератор.

Реактор содержит корпус 1, в нижней части которого расположена камера реакции 2 сырья в кипящем слое катализатора и камера регенерации 3 катализатора окислителем, например воздухом, в кипящем слое.

В верхней части корпуса реактора размещены камера 4 гравитационной сепарации продуктов реакции от пыли катализатора и фильтр 5, состоящий из пористых фильтрующих элементов, например пористой керамики или металлокерамики, или какого-либо другого термостойкого пористого материала).

Камера регенерации состоит из двух или нескольких секций 6, отделенных друг от друга герметичными теплопередающими перегородками 7.

Внутри камер 2 и 3 расположены распределители 8 окислителя и сырья. Стенки камеры регенерации 3 могут быть выполнены из теплопередающего материала, например нержавеющей стали, и частично покрыты теплоизолирующим материалом 9.

На камере 2 расположены патрубки ввода сырья 10, окислителя 11 и 12, загрузки катализатора 13 и выгрузки катализатора 14.

В верхней части корпуса 1 расположен патрубок вывода продуктов реакции 15.

В верхней стенке камеры 2 регенерации имеются отверстия (каналы) 16, сообщающие внутреннюю полость каждой из секций регенератора с кипящим слоем камеры реакции 2.

Снаружи корпус реактора покрыт теплоизоляцией 17.

Система подачи окислителя 18 (воздуха, кислорода) в регенератор состоит из системы трубопроводов с входным патрубком 19, регулятором 20 расхода окислителя и автоматических запорных клапанов 21.

На фиг.2 представлена примерная циклограмма работы системы подачи окислителя в секции регенерации (условно принято, что камера регенерации разделена на 3 секции).

Обозначения: τ_ц продолжительность одного полного цикла; τ_I,τ_II,τ_III продолжительность I, II и III фаз соответственно; a_I, a_II, a_III величины скорости газа в кипящем слое регенератора I, II и III фазах соответственно.

Реактор работает следующим образом: Углеводородное сырье предварительно подогретое вводят через патрубок 10 в камеру реакции 2 с кипящим слоем пылевидного катализатора, где происходит реакция с получением целевых продуктов (например, преобразование парафиновых и нафтеновых углеводородов в ароматические углеводороды и изопарафины на катализаторе, содержащем высококремнистый цеолит и др. составляющие, или дегидрирование пропана и бутана в пропилен на соответствующем катализаторе). В качестве побочного продукта образуется водород, часть которого выжигается окислителем, например воздухом, подаваемым в кипящий слой катализатора через патрубки 12. При этом выделяющееся тепло восполняет недостаток тепла получаемого в результате выжига кокса и передаваемого из регенератора через стенку камеры 3 в камеру 2 реакции. Снижение концентрации водорода благоприятно сказывается на процессе, уменьшая нежелательные реакции гидрокрекинга целевых продуктов. Газообразные продукты реакции в смеси с дымовыми газами регенерации поступают в камеру 4 гравитационной сепарации катализаторной пыли. Остатки пыли оседают на поверхности фильтра 5, накапливаются на ней и периодически осыпаются в камеру реакции 2.

Поддержание каталитической активности катализатора происходит за счет периодического отбора некоторого количества катализатора из камеры 2 реакции, перемещения его в одну из секций 6 камеры регенерации 3 и регенерации его путем выжига кокса с помощью окислителя (воздуха, обогащенного кислородом воздуха, кислорода), подаваемого системой подачи окислителя 18.

Цикл регенерации катализатора имеет 3 фазы.

Фаза I. Свободная от катализатора секция камеры регенерации заполняется катализатором через отверстия 16 самотеком. При этом в секцию производят постоянную подачу окислителя в количестве, обеспечивающем минимальное псевдоожижение (скорость газа в кипящем слое катализатора несколько выше скорости начала псевдоожижения), но при этом величина проходного сечения отверстия 16 должна быть такой, чтобы скорость газа в нем была значительно меньше критической скорости уноса катализатора, что обеспечивает поступление катализатора из камеры реакции. Псевдоожижение катализатора в этой фазе необходимо, чтобы избежать его выброса вследствие поршневого эффекта в начале псевдоожижения в следующей фазе.

Фаза II. Через секцию пропускают расчетное количество окислителя, необходимое для выжига поверхностного кокса. При этом тепло от сгорания кокса передается частично в камеру реакции с газами регенерации и через стенку, разделяющую камеры 2 реакции и регенерации 3.

Скорость газа а_п в секции 6 обеспечивает надежно кипящий слой, скорость газа в канале 16 несколько выше скорости уноса катализатора.

После выгорания поверхностного кокса для восстановления активности катализатора требуется выжечь внутрикристаллический кокс. Для этого требуется при наличии окислителя поддержать высокую температуру в кипящем слое секции, что достигается хорошим теплообменом между соседними секциями. Избыточное количество кислорода выбрасывается в составе газов регенерации в кипящий слой катализатора камеры реакции, где взаимодействует с водородом и углеводородами.

Фаза III. Для перемещения отрегенерированного катализатора в камеру реакции скорость a_III газа в кипящем слое секции регенерации устанавливают выше скорости уноса катализатора. С целью уменьшения истирания катализатора в канале 16 скорость a_III можно уменьшить, но при этом каждый цикл регенерации должен включать в себя продувку секции регенератора по режиму фазы III несколько раз, причем продувки отделяются друг от друга во времени периодами работы по режиму фазы I.

Формула изобретения

РЕАКТОР С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА, содержащий корпус, в нижней части которого расположены камера реакции и камера регенерации катализатора, в верхней части расположены камера гравитационной сепарации и система фильтров, патрубки ввода потоков, устройство подачи окислителя в реактор, патрубки для загрузки и выгрузки катализатора, отличающийся тем, что камера регенерации разделена на секции вертикальными теплопроводными герметичными перегородками, каждая из секций имеет в верхней части отверстие (или канал), сообщающее ее полость с камерой реакции, и устройство для подачи окислителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3