Устройство для транспортировки дискретного материала и способ каталитического риформинга (варианты)

 

Устройство транспортировки дискретного материала использует сочетание немеханических клапанов и пневматической и гравитационной транспортировки для уменьшения разрушения дискретного материала. Это устройство пригодно, в частности, для транспортировки частиц катализатора, где частицы поднимаются по подъемному каналу от нижнего уровня до относительно более высокого уровня, такого как, например, в процессе каталитического риформинга с подвижным слоем катализатора. Технический результат от использования устройства состоит в устранении пневматической транспортировки по изгибам для уменьшения падения давления и устранения завихрения при движении частиц катализатора. Изгибы заменяются безымпульсным дивертером 18 потока, в котором используется транспортировка под действием гравитации для устранения или минимизации истирания, сопровождающего пневматическую транспортировку. Способ каталитического риформинга, в котором исходное сырье в виде низкооктановой нафты контактирует с подвижным слоем катализатора риформинга в виде дискретного материала и углерода в зоне риформинга, предусматривает использование устройства транспортировки дискретного материала. 4 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам транспортировки дискретного материала, который подвергается эрозии или дроблению. Более конкретно, настоящее изобретение относится к вертикальной или горизонтальной транспортировке дискретного материала, в частности, с помощью пневматических средств. Оно полезно, в частности, в процессе каталитического риформинга с подвижным катализатором.

Известно большое количество способов, которые осуществляются посредством контакта газов с дискретными частицами катализатора. Способы этого типа обычно можно разделить на те, которые используют микрочастицы, и те, что используют макрочастицы. В способах с макрочастицами обычно используются экструдированные или формованные частицы, имеющие эффективные диаметры свыше 0,8 мм (1/32 дюйма) и имеющие одинаковый или регулярный размер. В способах, в которых используются макрочастицы (в дальнейшем упоминаемые здесь как дискретный материал), дискретный материал, как правило, перемещается с места на место. Во многих системах такая транспортировка требует как горизонтального, так и вертикального перемещения дискретного материала. Большинство макрочастиц являются относительно хрупкими, и при транспортировке дискретный материал повреждается при столкновении или соударении частиц друг с другом своими поверхностями. При таком истирании и изломах дискретного материала с одинаковыми размерами появляются мелкие фрагменты, именуемые "мелочь" или мелкодисперсный материал.

Мелочь вызывает множество технологических проблем для способов, в которых используется дискретный материал регулярного размера. Например, в большинстве способов, в которых используется дискретный материал с однородными размерами, осуществляется контакт частиц с технологической средой с целью воздействия на химическую реакцию или оказания влияния на физические изменения среды или дискретного материала. Во многих из этих способов существует необходимость или желательно транспортировать дискретный материал вовнутрь и наружу зоны контакта. В большинстве таких способов дискретный материал в зоне контакта находится в удерживаемом слое или другом пространстве для удерживания дискретного материала. Как правило, в зоне удержания дискретный материал с высокой плотностью удерживается в слое между двумя сетчатыми фильтрами или другими перфорированными приспособлениями, в то время как контактирующая среда течет сквозь слой частиц. В таких случаях применения минимальный размер частиц не должен быть меньше размера отверстий в сетчатом фильтре или другом приспособлении для предотвращения прохода частиц через отверстия вместе со средой. Если имеется мелочь, она может пройти через отверстия сетчатых фильтров или других удерживающих элементов и попасть в поток технологической среды, откуда они обычно должны удаляться. Кроме того, просеивание мелочи через сетчатый фильтр в результате приводит к потере дисперсного материала. Возможно еще большие помехи возникают, когда мелочь не проходит через отверстия, а закупоривает частично сетчатые фильтры, в результате чего в слое возрастает падение давления. Когда частицы удерживаются в плотном слое, их размеры влияют на падение давления. Частицы одинаковых размеров будут минимизировать падение давления за счет достижения максимальной проницаемости газа сквозь плотный слой частиц. Таким образом, присутствие любой мелочи увеличивает общее падение давления. Кроме того, присутствие мелочи может также уменьшать текучесть дискретного материала и может полностью застопорить течение твердых веществ.

Многие способы, в которых используется дискретный материал с однородными размерами, протекают более эффективно за счет перемещения дискретного материала в ходе процесса. Типичными примерами таких способов являются каталитические способы при конверсии углеводородов. В этих способах катализаторы часто составляют из дискретных катализаторов с однородными размерами, которые деактивируются из-за накопления коксовых наслоений. Частицы катализатора непрерывно удаляются из реакционной зоны для регенерации частиц посредством удаления кокса. Кокс обычно удаляется с катализатора посредством высокотемпературного обжига, как правило, при контакте с кислородосодержащим газом. Устройства для непрерывного или полунепрерывного удаления таких каталитических частиц из реакционной зоны для удаления кокса хорошо известны.

Типовые способы транспортировки катализатора из одного места в другое в таких устройствах должны использовать систему каналов для передвижения частиц из донной части зоны регенерации в верхнюю часть реакционной зоны и из донной части реакционной зоны в верхнюю часть зоны регенерации. Эта транспортировка может осуществляться в несколько стадий, где множество накопительных емкостей удерживают частицы катализатора по мере того, как они перемещаются между реакционной и регенерационной частями процесса. Подъем частиц катализатора из одной технологической зоны в другую обычно осуществляют с помощью некоторых видов пневматической транспортировки, при которой имеющий достаточную скорость газовый поток, поднимающий частицы катализатора, транспортирует их вверх для перемещения и разъединения в другом комплекте емкостей. Такие системы транспортировки хорошо известны, и в них обычно используют множество коленчатых труб и клапанных устройств для направления и регулирования перемещения частиц катализатора. По мере упомянутого выше повреждения частиц катализатора и возникновения мелкодисперсного материала постоянно наблюдаются нежелательные последствия при транспортировке частиц катализатора в таких системах.

Возникшая при такой транспортировке мелочь не только препятствует функционированию слоев, но может также повышать падение давления в газовой среде, проходящей через трубчатые элементы. Высокие падения давления, связанные с транспортировкой дискретного материала, повышают эксплуатационные затраты процесса и могут препятствовать поддержанию необходимых технологических режимов. Как следствие изыскиваются способы сокращения необходимого падения давления при транспортировке макрочастиц в системах, в которых происходит контакт газа и дискретного материала.

При транспортировке дискретного материала, как правило, используются как стандартные трубчатые элементы с большим радиусом изгиба. Большой радиус изгиба используют для минимизации истирания и падения давления при пневматической транспортировке дискретного материала.

Обнаружено, что падение давления при большом радиусе изгиба приводит к отделению частиц катализатора от газового потока в изгибе с большим радиусом. Это отделение газового потока вызывает резкое оседание катализатора внутри изгиба и замедление движения катализатора по мере его транспортировки через изгиб. Такое резкое оседание и замедление помимо увеличения падения давления вызывает также завихрение в изгибе, которое приводит к высокому истиранию катализатора.

Таким образом, задачей изобретения является снижение образования мелкодисперсного материала путем снижения истирания дискретного материала.

Второй задачей является снижение падения давления, связанного с транспортировкой дискретного материала с места на место в процессе, когда газ контактирует с дискретным материалом.

Еще одной задачей является создание системы транспортировки для подъема дискретного материала, в которой будет снижено разрушение и истирание дискретного материала и таким образом повышена производительность процесса, в котором используется дискретный материал, такой как катализатор в каталитическом риформинге.

Настоящее изобретение касается способа и устройства для подъема и транспортирования дискретного материала с одного места на другое, и позволяет уменьшить или устранить повреждение, вызываемое транспортировкой дискретных частиц по коленчатым трубам или каналам пневматическими методами. Режимы пневматической транспортировки снижают или устраняют таким образом, чтобы снизить истирание или разрушение дискретного материала. Способ и устройство позволяют регулировать перемещение частиц катализатора, находящихся в контакте с пневматической транспортирующей средой, в подъемном канале и изменяют направление потока частиц в конце подъемного канала для транспортировки в накопительную емкость. В изобретении использована комбинация немеханического клапана для введения дискретного материала в подъемный канал и неимпульсного дивертера в верхней части подъемного канала для транспортировки дискретного материала к накопительной емкости. Таким образом, в системе транспортировки по изобретению использована комбинация распределительного контрольного клапана для среды и низкоимпульсного дивертера для замены по меньшей мере части пневматической транспортировки на транспортировку с использованием гравитации.

Комбинация немеханического клапана в нижней части подъемного канала и низкоимпульсного дивертера в верхней части подъемного канала позволяют устранить трубчатые элементы, которые ответственны за большую часть разрушений частиц. Немеханический клапан в нижней части подъемного канала может включать множество хорошо известных устройств для регулирования потоков в трубопроводах, которые известны как L-клапаны, J-клапаны и K-клапаны. Неимпульсный дивертер имеет разнообразные формы, которые описаны здесь ниже. Неимпульсный дивертер обычно создает однородное течение катализатора и транспортирующего газа из направленного вверх конца канала.

Подходящий распределительный клапан может иметь любую форму, такую, например, как L-клапан, K-клапан и J-клапан, L-клапаны хорошо известны и описаны в статье под названием; "L Valves Characterired for Solid Flow" HYDROCARBON PROCESSING, March 1978, стр. 149. Такие клапаны обычно относят к немеханическим клапанам, и в них используется небольшое количество аэрирующего газа для регулирования потока твердых частиц, проходящих через него. Подробная информация о конструкции немеханических клапанов, в частности L-клапанов, может быть почерпнута из статьи. Немеханический клапан регулирует поток дискретного материала в подъемном канале. Транспортирующий газ перемещает дискретный материал вверх по каналу. Перемещение дискретного материала через немеханический клапан ограничивает истирание частиц материала перед его входом в подъемный канал.

Подъемный канал по существу имеет вертикальную ориентацию, и подъем дискретного материала происходит с помощью транспортирующей среды. Транспортирующая среда поступает в подъемный канал ниже места подачи дискретного материала. Для того, чтобы в дальнейшем уменьшить трение внутри подъемного канала, применяют средства для спрямления потока транспортирующего газа в подъемном канале. Такие выравнивающие течение средства могут включать экран для создания дополнительного перепада давления и устранения изгибов или другие дивертеры потока, которые предназначены для формирования неоднонаправленного газового потока вниз по течению.

Важная функция настоящего изобретения состоит в транспортировке дискретного материала от выходного конца подъемного канала в горизонтальном направлении. Вместо обычного колеса в настоящем изобретении использован низкоимпульсный дивертер для отклонения части вертикально направленного потока частиц катализатора, перемещающихся вверх по подъемному каналу, по существу в горизонтальном направлении в расположенный под углом канал. Дискретный материал вытекает из выходного отверстия стояка подобно тому, как это происходит в фонтане. Дискретный материал падает на нижнюю поверхность дивертера, который сообщает направленный вниз момент падающему катализатору, либо посредством изменения направления движения частиц, либо за счет поглощения энергии падающих частиц. В расположенном под углом канале используются силы гравитации для транспортировки дискретного материала вместо пневматических сил, что обеспечивает снижение истирания, связанного с прохождением газового потока сквозь и над дискретным материалом, и возможные столкновения частиц материала в конце горизонтального канала. В особо предпочтительной форме по существу горизонтальный канал имеет угол сочленения, который служит для придания начального ускорения катализатору до желательной скорости потока, и второй угол, который обеспечивает течение с постоянной скоростью. В данной предпочтительной форме за счет сил гравитации обеспечивается начальная транспортировка дискретного материала. Первый угол обеспечивает резкое ускорение перемещения катализатора для снижения размера поперечного сечения канала, занимаемого дискретным материалом. Резкое ускорение дискретного материала обеспечивает снижение или устраняет вовсе какое-бы то ни было повышение скорости газа, связанное с уменьшением площади поперечного сечения потока газа, вызванным низкой начальной скоростью катализатора.

В соответствии с одним вариантом настоящего изобретения предложено устройство для транспортировки дискретного материала, применимое, в частности, для использования в способе каталитического риформинга. Устройство включает нижний канал, имеющий впускное отверстие в верхнем конце для впуска дискретного материала, подъемный канал, имеющий по существу вертикальное направление, и канал клапана. Канал клапана имеет впускное отверстие для частиц, связанное с нижней частью нижнего канала, выпускное отверстие для частиц, связанное с нижней частью подъемного канала, и средство для введения первого потока среды в канал клапана между впускным отверстием для частиц и выпускным отверстием для частиц с регулируемой скоростью. Для введения второго потока среды в подъемный канал для подъема дискретного материала предусмотрено дополнительное средство. Разгрузочный выход, расположенный в верхней части подъемного канала, имеет первую площадь поперечного сечения для потока среды. Накопительный канал расположен вокруг разгрузочного выхода и имеет другую площадь поперечного сечения по отношению к разгрузочному выходу, которая по размеру больше, чем первая площадь поперечного сечения. Накопительный канал имеет выпускное отверстие, расположенное ниже разгрузочного выхода, и средство для сообщения момента частицам катализатора, которые падают из накопительного канала. Верхний расположенный под углом канал определяет положение верхнего впускного отверстия для частиц на своем верхнем конце и верхнего выпускного отверстия для частиц на своем нижнем конце. Верхнее впускное отверстие для частиц напрямую соединено с разгрузочным выходом.

Во втором варианте настоящего изобретения имеется устройство для высвобождения частиц из подъемного канала. Устройство включает по существу вертикальный канал, имеющий первый диаметр и определяющий направленный вертикально разгрузочный выход. Накопительный канал расположен вокруг разгрузочного выхода и простирается выше и ниже разгрузочного выхода. Накопительный канал имеет диаметр вблизи разгрузочного выхода, который от 2 до 6 раз превышает диаметр разгрузочного выхода. Накопительный канал, расположенный ниже разгрузочного выхода, соединен с верхним расположенным под углом каналом, который имеет верхнее впускное отверстие для частиц на своем верхнем конце и верхнее выпускное отверстие на своем нижнем конце. Верхнее впускное отверстие для частиц напрямую соединено с разгрузочным выходом и средством в накопительном канале для сообщения момента частицам, которые падают из накопительного канала.

В технологическом варианте по настоящему изобретению предложен способ конверсии углеводородов, такой, например, как каталитический риформинг, для осуществления контактирования потока углеводородного сырья с дискретным катализатором в реакционной зоне в условиях конверсии углеводородов.

В одном варианте осуществления изобретения способ каталитического риформинга состоит в том, что исходное сырье в виде низкооктановой нафты приводят в контакт с подвижным слоем катализатора риформинга в виде дискретного материала и углерода в зоне риформинга для получения потока высокооктанового продукта, в котором содержащий кокс дискретный материал непрерывно выводят из зоны риформинга для восстановления, при котором в зоне регенерации подвижный слой использованного содержащего кокс дискретного материала подвергают регенерации по технологии, составленной для восстановления активности катализатора и по которой полученный регенерированный дискретный материал непрерывно выводят из зоны регенерации и транспортируют в зону риформинга, посредством чего поддерживают активность катализатора в слое помещенного там катализатора, при этом согласно изобретению для транспортировки дискретного материала между зонами используют описанное выше устройство, посредством чего обеспечивают снижение истирания дискретного материала.

В другом варианте осуществления изобретения способ каталитического риформинга состоит в том, что исходное сырье в виде низкооктановой нафты приводят в контакт с подвижным слоем катализатора риформинга в виде дискретного материала и углерода в зоне риформинга для получения потока высокооктанового продукта, в котором содержащий кокс дискретный материал непрерывно выводят из зоны риформинга для восстановления, и в зоне регенерации подвижный слой использованного содержащего кокс дискретного материала подвергают регенерации по технологии, составленной для восстановления активности катализатора, и полученный регенерированный дискретный материал непрерывно выводят из зоны регенерации и транспортируют в зону риформинга, посредством чего поддерживают активность катализатора в слое помещенного там катализатора, при этом согласно изобретению устройство для высвобождения частиц, описанное выше, используют для высвобождения дискретного материала, транспортируемого между зонами, посредством чего уменьшаются проблемы, связанные с истиранием дискретного материала.

Потерявший активность катализатор из реакционной зоны поступает из нижней части в верхнюю часть реакционной зоны. После восстановления активности катализатор проходит из донной части зоны регенерации в верхнюю часть реакционной зоны. Способ включает транспортирование катализатора из верхней в донную часть посредством пропускания частиц катализатора вниз из донной части через наклонный нижний канал в распределительный клапан. Прошедший регулирование в распределительном клапане поток катализатора подается в подъемный канал. Подъемный канал транспортирует частицы катализатора вверх с помощью транспортирующей среды и выгружает наверху частицы катализатора из разгрузочного выхода подъемного канала в емкость для разделения. В емкости для разделения происходит отделение частиц катализатора от транспортирующей среды. Частицы катализатора опускаются в емкость для разделения ниже разгрузочного выхода, и частицы катализатора за счет направленного вниз момента поступают ниже разгрузочного выхода. Частицы катализатора из емкости для разделения через верхний канал, наклоненный вниз под углом, достаточным для сообщения момента частицам катализатора, проходят в верхнюю часть устройства.

Фиг. 1A представляет собой вид спереди верхней части реакционной зоны и зоны регенерации, в которых использованы способ и устройство транспортировки катализатора по настоящему изобретению.

Фиг. 1B представляет собой вид спереди нижней части реакционной зоны и зоны регенерации по отношению к верхней части, которая показана на фиг. 1A.

Фиг. 2 представляет собой немеханический распределительный клапан для регулирования транспортировки катализатора в устройство по настоящему изобретению.

Фиг. 3 представляет собой частичный вид низкоимпульсного дивертера в верхней части подъемного канала.

Фиг. 4 представляет собой другой вариант выполнения дивертера катализатора.

Способ и устройство по настоящему изобретению можно использовать в любой системе, где необходима вертикальная транспортировка дискретного материала таким образом, чтобы сократить или устранить дробление дискретного материала. Дискретный материал для использования в настоящем изобретении обычно имеет геометрическую форму регулярного размера. Максимальный размер дискретного материала по существу должен быть меньше, чем каналы, используемые для перемещения и транспортировки дискретного материала. В большинстве случаев частицы должны иметь максимальный размер, как правило, выражаемый как диаметр, меньший, чем 12,7 мм (1/2 дюйма), и предпочтительно менее чем 6,4 мм (1/4 дюйма). В своем большинстве предпочтительный тип дискретного материала находит применение в способах конверсии углеводородов.

Большинство широко распространенных способов конверсии углеводородов, в которых применимо настоящее изобретение, представляют собой каталитический риформинг. Каталитический риформинг является хорошо разработанным способом конверсии углеводородов, применяемым в промышленности переработки нефти для улучшения октанового числа углеводородного сырья, причем основным продуктом риформинга является автомобильный бензин. Технология каталитического риформинга хорошо известна и не требует подробного изложения в настоящем описании.

Если коротко, то в каталитическом риформинге исходное сырье смешивается с рециркулирующим потоком, содержащим углерод, и в реакционной зоне вступает в контакт с катализатором. Используемым исходным сырьем для каталитического риформинга является фракция нефти, известная как нафта и имеющая начальную температуру кипения около 80^oC (180^o по Фаренгейту) и температуру конца кипения 205^oC (400^oF). Процесс каталитического риформинга применим, в частности, для очистки неэтилированных бензинов прямой гонки, содержащих относительно высокую концентрацию нафтеновых и в основном парафиновых углеводородов с неразветвленными цепями, которые подвергаются ароматизации посредством реакций гидрогенизации и/или циклизации.

Риформинг можно определить как полное воздействие, осуществленное посредством дегидрогенизации циклогексанов и дегидроизомеризации алкилциклопентанов до выхода ароматических соединений, дегидрогенизации парафинов до выхода олефинов, дегидроциклизации парафинов и олефинов до выхода ароматических соединений, изомеризации n-парафинов, изомеризации алкилциклопарафинов до выхода циклогексанов, изомеризации замещенных ароматических соединений и гидрокрекинга парафинов. Дополнительную информацию о процессах риформинга можно почерпнуть, например, из патентов США NN US-A-4119526, US-A-4409095 и US-A-4440626.

Реакция каталитического риформинга обычно производится в присутствии частиц катализатора, включающих один или более металлов VIII-й группы (например, платину, иридий, родий, палладий) и галоген в сочетании с пористым носителем, таким как тугоплавкий неорганический оксид. Галоген обычно представляет собой хлор. Наиболее часто используемым носителем является окись алюминия. Частицы обычно имеют сферическую форму и диаметр от 1,6 до 3,2 мм (от 1/16 до 1/8 дюйма), хотя они и могут быть такими крупными, как 6,35 мм (1/4 дюйма). В отдельных реакционно-регенерационных системах, однако, желательно использовать частицы катализатора, которые попадают в относительно узкий диапазон размеров. Предпочтительный диаметр частиц катализатора составляет 3,2 мм. В процессе протекания реакции риформинга частицы катализатора теряют активность как следствие таких механизмов, как отложение кокса на частицах; таким образом, спустя определенный период времени способность частиц катализатора содействовать протеканию реакций риформинга снижается до значения, когда катализатор становится бесполезным. Катализатор должен пройти восстановление или регенерацию перед тем, как он снова может быть использован в процессе риформинга.

В предпочтительном виде риформинг-установка будет содержать реакционную зону и зону регенерации. Настоящее изобретение применимо в зоне регенерации с подвижным слоем и в зоне регенерации с фиксированным слоем. Частицы свежего катализатора поступают в реакционную зону, которая может состоять из нескольких подзон, и проходят через зону под действием гравитации. Катализатор отводится из донной части реакционной зоны и транспортируется в зону регенерации, где используется многоэтапный процесс регенерации для удаления коксовых наслоений и восстановления катализатора для возвращения ему полной способности содействия реакции. Технологические особенности зон регенерации с подвижным слоем хорошо известны и здесь не требуется подробного описания. Катализатор под действием гравитации проходит через различные этапы регенерации, а затем выводится из зоны регенерации и поступает в реакционную зону. Катализатор, который выводится из зоны регенерации, представляет собой катализатор, прошедший термическую регенерацию. Движение катализатора через зоны часто относится к непрерывному типу, на практике, однако, он может быть и полунепрерывным. Посредством полунепрерывной подачи обеспечивается периодическая подача относительно малого количества катализатора в точно определенные точки пространства своевременно. Например, из донной части реакционной зоны может отводиться одна порция в минуту, а отвод может занимать по времени полминуты, то есть катализатор будет течь в течение полминуты. Если накапливаемая в реакционной зоне масса велика, то слой катализатора можно считать непрерывно движущимся. Система с подвижным слоем имеет преимущество в поддержании производства в то время, когда катализатор удаляется или заменяется.

Фиг. 1 иллюстрирует верхнюю часть системы реактора и регенератора для реакционной зоны процесса риформинга, в которой использована система транспортировки частиц катализатора по настоящему изобретению для перемещения катализатора, тогда как фиг. 1B показывает нижнюю часть. Начиная с подачи регенерированного катализатора, частицы катализатора из нижнего канала 10 поступают в немеханический клапан 12. При транспортировке плотная фаза вовлекается в поток, в котором частицы катализатора по существу занимают весь объем канала. Регулирующая среда поступает в клапан 12 через трубопровод 14 со скоростью, которая регулирует подачу частиц катализатора через немеханический клапан в подъемный канал 16. По мере поступления частиц катализатора в подъемный канал 16 транспортирующая среда входит в донную часть подъемного канала по трубопроводу 17 и перемещает частицы катализатора вверх по подъемному каналу 16. Частицы катализатора транспортируются вверх по подъемному каналу таким образом, что подача транспортирующей среды оказывается достаточной для подъема частиц вверх по каналу. Транспортирующая среда обычно подается в количествах, достаточных для получения расхода газа на единицу сечения потока в подъемном канале по меньшей мере 3 м/сек (10 футов/сек), а более предпочтительно от 7,6 до 9,1 м/сек (от 25 до 30 футов/сек). Подъемный канал проходит практически в вертикальном направлении. Практически вертикальное направление означает, что канал отклоняется от вертикального положения не более чем на 10^o, а предпочтительно не более чем на 5^o. В верхней части канала 16 частицы катализатора и транспортирующая среда поступают в низкоимпульсное дивертерное устройство 18, которое отделяет частицы катализатора от транспортирующей жидкости, без существенного повреждения частиц катализатора при импульсном воздействии.

Частицы катализатора плавно движутся по каналу 20 дивертерного устройства в верхний расположенный под углом канал 22. Поток катализатора по каналу 22 характеризуется тем, что канал заполнен только частично, так что частицы катализатора не движутся по каналу в потоке плотной фазы. Предпочтительно частицы занимают менее чем 30% площади поперечного сечения канала 22, а более предпочтительно менее чем 5% площади поперечного сечения канала 22. Катализатор плавно проходит вышеописанным образом по колену 23 в нижней части верхнего канала 22 в верхнюю часть цилиндрического реакторного устройства 24.

Катализатор движется сверху вниз реакторного устройства и проходит множество этапов реакции, в которых перерабатываемые среды контактируют с частицами катализатора. Подробности относительно контактирующих слоев и других внутренних особенностей цилиндрического реакторного устройства хорошо известны специалистам в данной области техники. Непрерывный или прерывистый поток частиц катализатора проходит из верхней части 26 цилиндрического реакторного устройства в нижнюю накопительную камеру 28 в донной части реакторного устройства.

Частицы катализатора проходят из донной части цилиндрического реакторного устройства по нижнему каналу 30. Может оказаться желательным добавить частицы катализатора в систему реактора-регенератора в те места, где катализатор движется плотнофазным потоком. Предпочтительные места для добавки частиц катализатора находятся на участках, где происходит плотнофазное движение катализатора. Таким образом, частицы катализатора можно добавлять через патрубок 32 в нижнем канале 30. В донной части нижнего канала 30 действует немеханическое клапанное устройство 34 таким же образом, как описано для немеханического клапанного устройства 12, для транспортировки частиц катализатора наверх по подъемному каналу 36 посредством добавления регулирующей среды в канал 30 по трубопроводу 33 и добавления транспортирующей среды в канал 36 по трубопроводу 35.

Частицы катализатора поступают вверх по подъемному каналу 36 в низкоимпульсный дивертер 37 и далее через накопительный канал 38 по каналу 40 в разделительный бункер 42 таким же образом, как описано выше для канала 16, дивертера 18 и канала 22. Катализатор поступает вниз по верхнему каналу 40 по существу плотным потоком через разделительный бункер 42 и емкость регенератора 44, который принимает катализатор из разделительного бункера по каналу 46. Разделительный бункер поддерживает объем катализатора для уравновешивания нестационарных разностей течения, которые могут возникнуть в процессе прерывистой транспортировки катализатора через цилиндр реактора и емкость регенератора. После удаления наслоений кокса и восстановления частиц катализатора в емкости регенератора 44 катализатор передается по каналу 48 в барабан 50 с избыточным давлением азота и бункер 52 с затворным устройством. Через патрубок 49 также может быть обеспечено место ввода дополнительного катализатора в систему транспортировки катализатора. Барабан 50 с избыточным давлением азота и бункер 52 с затворным устройством регулируют подачу катализатора назад в реактор по вышеописанному подъемному устройству. Избыточное давление азота и бункер с затворным устройством служат также для вытеснения газообразного кислорода из плотного потока частиц катализатора для предотвращения попадания малейшего количества кислорода на сторону реактора в процессе. Бункер с затворным устройством и барабан с уплотнительным устройством хорошо известны специалистам в данной области техники и могут быть использованы в любой из имеющихся хорошо известных форм для подачи плотнофазного потока катализатора через вертикальный канал 54 в нижний канал 10.

Нижний канал 10 передает катализатор горизонтально от вертикальной осевой линии емкости регенерации 44 в немеханический клапан 12. Предпочтительно канал 10 должен иметь угол по отношению к горизонтали, который составляет более 30^o. Угол, больший 30^o, позволяет избежать гравитационного расслоения потока, когда катализатор течет по нижней части канала, тогда как газ течет по его верхней части. Расслоение потока является желательным в таких каналах, как верхний идущий под углом канал 22, но нежелательно в нижнем идущем под углом канале 10, поскольку оно снижает падение давления газового потока в канале и препятствует поддержанию газового уплотнения.

Нижний проходящий под углом канал 10 выгружает уплотненный катализатор в немеханический клапан 12. Немеханический клапан может иметь вышеописанные формы, как, например, L-клапан, J-клапан и K-клапан. Такие клапаны хорошо известны, как и использование в них аэрирующего газа в сочетании с геометрической формой регулирования скорости течения через них дискретных твердых веществ. Обозначения L, J и K обычно относится к общей конфигурации, образованной геометрической формой системы труб, по которым передаются дискретные твердые вещества. Аэрирующий газ поступает в систему труб, образованную клапаном в месте, где будет возникать сила лобового сопротивления, воздействующая на частицы и достаточная для сообщения частицам движения через клапан. Дополнительную информацию по работе таких клапанов можно найти в вышеупомянутой статье "Hydrocarbon Processing", а также в источнике под названием CAS FLUIDIZATION TECHOLOGY, под редакцией D.Celdart, John Wiley & Sons, 1986, и патенте США US-A-4202673, содержание которых включено в настоящее описание в качестве ссылки.

На фиг. 2 показано предпочтительное L-клапанное устройство в качестве немеханического клапана 12. Как видно на фиг. 2, уплотненный поток частиц катализатора, поступающих из канала 10, заполняет вертикальное колено 56 U-образного клапанного устройства. Уплотненный поток частиц поступает также из канала 56 в горизонтальное колено 58. Аэрирующий газ входит в вертикальное колено по трубопроводу 14 в месте, выше горизонтального канала 58. Точное место подключения трубопровода 14 определяется на основе общих требований к течению и специфической геометрии клапана, как это известно специалистам в данной области техники. Поступление аэрирующего газа по трубопроводу 14 вызывает перемещение частиц катализатора через каналы 56 и 58 и в подъемном канале 16. Транспортирующая среда поступает в канал 16 по трубопроводу 17. T-образная часть 64 в нижней части канала 16 способствует однородному распределению транспортирующей среды по каналу 16 за счет сокращения или устранения застоя потока, связанного с изменением направления течения. Дополнительный элемент для распределения потока, такой как сетчатый фильтр 66, может быть помещен поперек пути потока в подъемном канале 16 ниже горизонтального канала 58 для создания небольшого падения давления и как следствие устранения нарушений в распределении потока. Сетчатый фильтр 66 может крепиться по месту любым известным способом, например фланцами 68. Однородное распределение течения ниже канала 58 создает более однородный подъем катализатора и, кроме того, устраняет истирание частиц катализатора за счет уничтожения завихрения и турбулентности по мере того, как дискретный материал входит в подъемный канал 16. Таким же образом немеханический клапан устраняет прямое разрушение при прохождении дискретного материала через элементы механического клапана и, кроме того, сглаженные характеристики течения за счет особого устройства L-клапана (на фиг. 2) дополнительно сокращает разрушения и истирание дискретного материала, вызываемое изменением направления движения частиц катализатора.

Дивертер 18 потока, расположенный в верхней части канала 16 и более подробно показанный на фиг. 3, позволяет дополнительно сократить разрушения и истирание частиц катализатора, связанные с изменением направления и момента движения частиц катализатора в верхней части подъемного канала 16. Верхняя часть вертикального канала 16 определяет положение разгрузочного выхода 70, находящегося в накопительном канале 72. Накопительный канал 72 имеет верхний конец 74, который является заглушенным для потока среды, и определяет положение зоны 76 разделения фаз. Катализатор поступает в зону разделения фаз 72 и отделяется от транспортирующей среды по мере того, как и катализатор и газ проходят в зону разделения фаз 76 из разгрузочного отверстия 70. По мере того, как происходит расширение транспортирующей среды на входе в зону 76 разделения фаз, частицы катализатора теряют подъемную силу и направленный вверх момент движения и в конце концов опускаются в донную часть зоны 76 разделения фаз. В месте расположения разгрузочного выхода 70 площадь поперечного сечения в перпендикулярном оси направлении зоны 76 разделения фаз больше, чем площадь поперечного сечения разгрузочного выхода. В большинстве случаев накопительный канал 72 должен иметь диаметр, который в 2 - 6 раз превышает размер диаметра разгрузочного выхода. Предпочтительно, чтобы длина зоны разделения фаз составляла по меньшей мере 0,3 м (1 фут), а более предпочтительно от 0,6 до 1,5 м (от 2 до 5 футов) выше разгрузочного выхода 70. Хотя на фиг. 3 зона 76 разделения фаз показана как цилиндрическая емкость, расположенная выше разгрузочного выхода 70, емкость зоны 76 разделения фаз ниже разгрузочного выхода 70 может иметь любую форму. В частности, для разделительной емкости 76 выше разгрузочного выхода 70 предпочтительной формой является усеченный конус. Конструкция в форме усеченного конуса располагается большей частью усеченного конуса на уровне разгрузочного выхода 70 так, что частицы катализатора дополнительно замедляются по мере того, как они выбрасываются в верхнюю часть разделительной емкости 76. Хотя форма усеченного конуса может быть предпочтительной обычно используемых форм участка торможения, но показанная на фиг. 3 цилиндрическая форма канала обычно предпочтительна с точки зрения стоимости и простоты. В предпочтительной конструкции дивертера 72 использована также пара фланцев 78 для облегчения удаления верхней части накопительного канала для проверки и обслуживания.

Зона 76 разделения фаз оканчивается ниже разгрузочного выхода 70. По мере того, как частицы катализатора выпадают из разбавляющей фазы, они контактируют с поверхностью 80. Поверхность 80 представляет собой средство для передачи частицам катализатора направленного вниз момента. В предпочтительном варианте поверхность 80 представляет собой изгиб, образованный непрерывной кривой от стенки накопительного канал 70 до входного отверстия 82 верхнего наклонного канала 22. При сглаженной форме поверхности 80 частицы катализатора, которые вступают в контакт с внешней поверхностью изгиба, приобретают свой направленный вниз момент движения, плавно отклоненный лишь с небольшим изменением от первоначального угла их отклонения. По мере того, как частицы из внешней части изгиба спускаются вниз, они начинают образовывать слой 83 из частиц катализатора на нижней части изгиба. Частицы катализатора, которые за счет полученного момента попадают больше на внутреннюю сторону изгиба 80, приобретают момент движения, передаваемый и поглощаемый слоем 83 частиц катализатора. Передача момента слоем частиц катализатора дополнительно защищает эти частицы от повреждений при прямом контакте со стенкой изгиба 80, поскольку эти частицы имеют больший угол отклонения, и плавное отклонение невозможно. Таким образом, в форме изгиба, которая придается поверхности 80, используется сочетание отклонения и торможения, которые предохраняют катализатор от разрушения.

По другому варианту настоящего изобретения донная часть зоны 76 разделения фаз может просто состоять из расположенной под углом пластины. Такая расположенная под углом пластина могла бы образовывать тонкий слой катализатора по всей ее поверхности. При такой конструкции передача момента движения частицам катализатора происходит полностью от других частиц катализатора. Контакт между частицами катализатора в этом тонком слое мог бы обеспечить полный эффект торможения, что исключает разрушение частиц катализатора.

Расположенный под углом канал 22 предотвращает любое чрезмерное накопление частиц катализатора в донной части 76 разделения фаз, так чтобы уровень частиц катализатора никогда не достигал кромки разгрузочного выхода 70. Полный угол канала 22 предпочтительно выбирают, чтобы поддерживать перемещение частиц катализатора под действием гравитации из донной части накопительного канала 72 до нижнего конца верхнего канала 22.

Вклад сил гравитации предпочтительно состоит в том, что частицы катализатора не застаиваются вдоль нижней поверхности канала 22, а непрерывно скользят вдоль поверхности канала 22 по всей его длине. Однако, угол канала 22 предпочтительно также выбирать так, чтобы исключить чрезмерную скорость движения частиц катализатора в конце канала 22, где частицы нагружаются, или более предпочтительно чтобы изменить направление на изгибе большого радиуса. Чрезмерная скорость на изгибе большого радиуса будет вызывать удары частиц катализатора в направлении диаметрального поперечного сечения канала и контакт со стенкой изгиба, противоположной стороне, от которой частицы отходят. Такая чрезмерная скорость в свою очередь приводит к соударению между частицами и чрезмерное разрушение частиц. Установлено, что для этих целей следует иметь угол отклонения канала от горизонтали от 20 до 45^o.

Поддержание вызываемой гравитацией скорости частиц при движении по каналу 22 снижает трение за счет присутствия газа при транспортировке частиц по каналу. По мере того, как скорость дискретного материала, следующего по каналу 22, падает, объем канала, заполняемый частицами катализатора, возрастает. С возрастанием заполнения частицами катализатора части поперечного сечения канала растет скорость движения газа вдоль верхней части канала. С уменьшением скорости катализатора и увеличением скорости газа верхний слой частиц катализатора начинает перемещаться завихренным образом. Такое перемещение катализатора увеличивает разрушение и истирание частиц катализатора при движении по каналу. При вихревом типе перемещения за счет высокой скорости газа частицы транспортируются с повторением этапов подъема и падения. Соударения, вызываемые этим типом перемещения, могут вновь явиться источником разрушения частиц катализатора.

Для того, чтобы создать дополнительное средство устранения такого типа транспортировки, угловой канал 22 предпочтительно должен иметь двойной угол. На фиг. 3 показан первый расположенный под углом участок 84 желоба, который имеет более крутой угол по сравнению со вторым участком 86, расположенным под углом. Верхний угловой участок 84 желоба должен иметь, как правило, угол относительно горизонтали в диапазоне от 30 до 50^o, обозначенный углом "А". Этот верхний угловой участок расположен таким образом, чтобы наклон нижней поверхности 88 составлял угол, который позволяет частицам катализатора преодолевать сопротивление трению скольжения по каналу и ускорение катализатора до желаемой скорости. Как правило, желаемая скорость движения в верхнем канале 22 составляет по меньшей мере от 2,4 до 3 м/сек (от 8 футов/сек до более предпочтительно 10 футов/сек). Поскольку расположенный под углом участок канала "А" ускоряет катализатор до желаемой скорости, угол нижнего углового участка 86 устанавливается так, чтобы поддерживать, но не увеличивать эту скорость. Как правило, угол нижнего участка 86 должен быть в диапазоне от 10 до 30^o, который обозначен как угол "В". Этот угол устанавливается как угол, необходимый, чтобы частицы катализатора преодолевали как раз сопротивление трения скольжения. Таким образом, в предпочтительной конструкции частицы катализатора сохраняют постоянную скорость при перемещении по нижнему угловому участку 86. Установлено, что для большинства катализаторов угол 20^o будет обеспечивать установившееся движение по нижнему участку 86 канала.

Предпочтительно, чтобы угловой участок 84 желоба по форме представлял собой концентрически сужающийся патрубок. Концентрически сужающийся патрубок, как правило, должен иметь внутренний угол от 5 до 20^o. По мере того как за счет угла сужения патрубка изменяется его диаметр, обеспечивается плавная траектория течения и ускоряющихся частиц катализатора и потока газа. Ускорение газового потока до более высоких скоростей по мере сужения площади поперечного сечения концентрически сужающегося патрубка не содействует истиранию, при том, что катализатор ускоряется до более высокой скорости. Высокая скорость катализатора приводит к тому, что он занимает очень малый объем в патрубке вблизи его выпускного конца, а также к уменьшению какой бы то ни было относительной разности в скорости между катализатором и газом. Как результат там возникает неустановившееся течение с подъемом и опусканием частиц катализатора, что возникает где угодно в устройстве.

Несмотря на то, что предпочтительным является двухсекционный угловой и концентрически сужающийся патрубок дивертерного устройства, показанного на фиг. 3, увеличивается его полная длина. Поэтому можно использовать такое дивертерное устройство, как показано на фиг. 4. Низкоимпульсное дивертерное устройство согласно фиг. 4 является простым по конструкции и имеет сильно укороченную протяженность горизонтального канала. В устройстве на фиг. 4 изображен подъемный канал 16', который проходит в накопительный канал 90. Накопительный канал 90 окружает выпускной выход 92 подъемного канала, из которого в вертикальном направлении выгружаются частицы катализатора в зону разделения фаз, ограниченную заглушенным каналом 90. Транспортирующая среда и частицы катализатора опускаются вниз снаружи от подъемного канала 16' и попадают в колено 94 с большим радиусом изгиба, которое имеет такой же диаметр, как накопительный канал 90. Диаметр колена 94 с большим радиусом изгиба имеет несколько ступенчатых сужений, создаваемых эксцентрично сужающимися патрубками 96 и 98 до желаемого диаметра канала, удерживаемого фланцевой частью 100. Трубчатое колено и эксцентрично сужающиеся патрубки имеют непрерывную криволинейную нижнюю поверхность, по которой движется поток катализатора. Катализатор выходит из нижней части дивертера через фланец 100, который может быть присоединен к фланцу другой секции трубы для транспортировки частиц катализатора в желаемое место. Дивертер катализатора, показанный на фиг. 4, обладает преимуществами за счет низкой стоимости и минимальной горизонтальной длины.

Формула изобретения

1. Устройство для высвобождения частиц из подъемного канала, пригодное, в частности, для использования в процессе каталитического риформинга, включающее а) по существу, вертикальный канал, имеющий первый диаметр и определяющий положение вертикально ориентированного разгрузочного выхода, в) накопительный канал, расположенный вокруг разгрузочного выхода и простирающийся выше и ниже него, при этом диаметр накопительного канала в зоне разгрузочного выхода в 2-6 раз превышает первый диаметр, накопительный выпуск расположен ниже разгрузочного выхода, и имеется средство для сообщения момента движения частицам катализатора, которые падают из накопительного канала, и с) верхний расположенный под углом канал, определяющий положение верхнего впускного отверстия для частиц на своем верхнем конце и верхнего выпускного отверстия для частиц на своем нижнем конце, в котором верхнее впускное отверстие для частиц напрямую соединено с разгрузочным выходом.

2. Устройство для транспортировки дискретного материала, пригодное, в частности, для использования в процессе каталитического риформинга, включающее а) нижний канал, имеющий впускное отверстие на верхнем конце для приема дискретного материала, b) подъемный канал, проходящий, по существу, в вертикальном направлении, с) канал клапана, имеющий впускное отверстие для частиц, связанное с нижней частью нижнего канала, выпускное отверстие, связанное с нижней частью подъемного канала, и средство для введения первого потока среды в канал клапана между впускным отверстием для частиц и выпускным отверстием для частиц с регулируемой скоростью, d) средство для введения второго потока среды в канал, е) разгрузочный выход, определяемый положением верхней части подъемного канала и имеющий первую площадь поперечного сечения для потока среды, f) накопительный канал, окружающий разгрузочный выход, причем накопительный канал определяет размер другой площади поперечного сечения в зоне разгрузочного выхода, которая больше, чем первая площадь поперечного сечения, накопительный выпуск, расположенный ниже разгрузочного выхода, и средство для передачи момента движения частицам катализатора, которые падают из накопительного канала, g) верхний расположенный под углом канал, определяющий положение верхнего впускного отверстия для частиц на своем верхнем конце и верхнего выпускного отверстия для частиц на своем нижнем конце, в котором верхнее впускное отверстие для частиц напрямую соединено с разгрузочным выходом.

3. Способ каталитического риформинга, в котором исходное сырье в виде низкооктановой нафты приводят в контакт с подвижным слоем катализатора риформинга в виде дискретного материала и углерода в зоне риформинга для получения потока высокооктанового продукта, в котором содержащий кокс дискретный материал непрерывно выводят из зоны риформинга для восстановления, при котором в зоне регенерации подвижный слой использованного содержащего кокс дискретного материала подвергают регенерации по технологии, составленной для восстановления активности катализатора, и по которой полученный регенерированный дискретный материал непрерывно выводят из зоны регенерации и транспортируют в зону риформинга, посредством чего поддерживают активность катализатора в слое помещенного там катализатора, отличающийся тем, что для транспортировки дискретного материала между зонами используют устройство по п.1, посредством чего обеспечивают снижение истирания дискретного материала.

4. Способ каталитического риформинга, в котором исходное сырье в виде низкооктановой нафты приводят в контакт с подвижным слоем катализатора риформинга в виде дискретного материала и углерода в зоне риформинга для получения потока высокооктанового продукта, в котором содержащий кокс дискретный материал непрерывно выводят из зоны риформинга для восстановления, и в зоне регенерации подвижный слой использованного содержащего кокс дискретного материала подвергают регенерации по технологии, составленной для восстановления активности катализатора, и полученный регенерированный дискретный материал непрерывно выводят из зоны регенерации и транспортируют в зону риформинга, посредством чего поддерживают активность катализатора в слое помещенного там катализатора, отличающийся тем, что устройство для высвобождения частиц по п.1 используют для высвобождения дискретного материала, транспортируемого между зонами, посредством чего уменьшаются проблемы, связанные с истиранием дискретного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4