Реакционная камера для каталитического крекинга в псевдоожиженном слое и способ проведения каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (варианты)
Предложенное решение относится к нефтехимической промышленности. Реакционная камера содержит в своей верхней части средства отделения частиц катализатора от продукта разбавленной фазы, поступающего по вертикальной трубе реакционной камеры. Средства отделения соединены по текучей среде с нагнетательным патрубком вертикальной трубы реакционной камеры, также соединены по текучей среде с устройствами для выпуска из камеры очищенного продукта, поступившего по вертикальной трубе реакционной камеры, и соединены по текучей среде с устройствами для выпуска в нижнюю часть камеры отделенного катализатора. Содержит в своей нижней части устройства для выпуска из реакционной камеры катализатора. Между боковой стенкой камеры и средствами для отделения расположен защитный кожух так, что образовано внешнее пространство между стенкой камеры и защитным кожухом и внутреннее пространство внутри защитного кожуха. Внутреннее пространство свободно сообщается с нижней частью реакционной камеры, а внешнее пространство и внутреннее пространство соединены с помощью отверстия. Предусмотрены средства для подачи во внешнее пространство камеры газа с малым количеством веществ, из которых образуется нагар. Также предложено два варианта способа проведения каталитического крекинга в псевдоожиженном слое с использованием данной камеры. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение касается реакционной камеры для каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (ККПС), содержащей средства, позволяющие избежать формирования нагара на поверхности внутренних устройств камеры и на стенках камеры. В особенности изобретение касается способа такой модификации существующих реакционных камер ККПС, что при работе в реакционной камере, которая прошла указанную модификацию, образуется меньше нагара на ее внутренних устройствах и стенках.
В патенте US-A-4,961,863 описывается реакционная камера ККПС, содержащая в своей верхней части циклоны, предназначенные для отделения частиц катализатора от продукта разбавленной фазы, поступающего по вертикальной трубе реакционной камеры, причем циклоны соединены по текучей среде с нагнетательным патрубком вертикальной трубки реакционной камеры, соединены по текучей среде со средствами, предназначенными для выпуска из камеры очищенного продукта, поступившего через вертикальную трубу камеры, и соединены по текучей среде с отводящими трубками, предназначенными для отвода к нижней части камеры отделенного катализатора. Отверстие для отвода вторичного газа будет располагаться в общем случае между или после устройств разделения, это сделано для того, чтобы газы, содержащиеся в реакционной камере, могли выводиться из реакционной камеры вместе с очищенным продуктом, поступившем из вертикальной трубы. Такие конструкции, в которых указанные устройства соединены по текучей среде, обеспечивают короткую продолжительность контакта и низкие значения дальнейшего расщепления после крекинга и называются конструкциями реакционных камер ККПС с замкнутыми циклонами или конструкциями с тесно сопряженными внутренними устройствами.
При функционировании нагар имеет тенденцию образовываться, например, на поверхности сепараторов реакционной камеры ККПС, которая, например, соответствует патенту US-A-4961863. В особенности сказанное выше касается того случая, когда устройство для КПСС работает на более тяжелой исходной фракции, чем та, на которую было рассчитано данное устройство. Данный факт объясняется тем, что небольшие включения веществ, из которых образуется нагар, например тяжелые углеводороды, не полностью отделяются от катализатора в сепараторах. Когда эти небольшие включения веществ, из которых образуется нагар, вместе с катализатором выводятся в нижнюю часть реакционной камеры, они почти сразу же отделяются от катализатора и перемещаются в верхнем направлении по реакционной камере. Нагар образуется при контакте указанных веществ с горячей внешней стороной устройств, например сепараторов.
Проблема чрезмерного образования нагара встает особенно остро при обработке тяжелых исходных фракций в реакционных камерах ККПС, которые были модифицированы из обычных камер, в которых внутренние устройства не были тесно сопряжены, в так называемые камеры с тесно сопряженными внутренними устройствами. Когда образование нагара достигает определенного уровня, то большие куски нагара могут падать вниз в нижнюю часть реакционной камеры. Эти большие куски нагара могут вызывать закупоривание средств, предназначенных для отвода катализатора из реакционной камеры. Из-за указанных закупорок устройство ККПС необходимо остановить для устранения закупоривания. Согласно имеющемуся опыту такие незапланированные остановки имеют место уже через 1-2 года работы. Это очень невыгодно, главным образом потому, что предполагается, что устройство ККПС должно работать без незапланированных остановок в течение нескольких лет, например, в течение 4 лет.
Целью данного изобретения является: предоставить реакционную камеру ККПС, которая может работать длительное время без незапланированных остановок, вызванных описанными выше причинами.
Данная цель достигается с помощью описанного далее устройства.
Реакционная камера для каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, содержащая в своей верхней части средства отделения частиц катализатора от продукта разбавленной фазы, поступающего по вертикальной трубке реакционной камеры ККПС, причем средства отделения соединены по текучей среде с нагнетательным патрубком вертикальной трубы реакционной камеры, соединены по текучей среде со средствами выпуска из камеры очищенного продукта, поступившего по вертикальной трубе реакционной камеры и соединены по текучей среде со средствами выпуска в нижнюю часть камеры отделенного катализатора, камера, кроме того, содержит в своей нижней части средства выпуска из реакционной камеры катализатора, при этом между боковой стенкой камеры и средствами для отделения расположен защитный кожух так, что образовывается внешнее пространство между стенкой камеры и защитным кожухом и образовывается внутреннее пространство внутри защитного кожуха, причем внутреннее пространство свободно сообщается с нижней частью реакционной камеры, а внешнее пространство и внутреннее пространство сообщаются с помощью одного или нескольких отверстий, и
предусмотрены средства для подачи во внешнее пространство газа, с малым количеством веществ, из которых образуется нагар.
В устройстве, соответствующем данному изобретению, образуется меньшее количество нагара. Сокращение формирования нагара объясняется следующим фактом. Вещества, из которых образуется нагар и которые отводятся из средств отделения к нижней части реакционной камеры, не могут попасть во внешнее пространство благодаря повышенному давлению, вызванному подачей дополнительного количества газа, содержащего мало веществ, из которых образуется нагар. Таким образом, большие зоны застоя, присутствующие во внешнем пространстве, будут содержать существенно меньшее количество веществ, из которых образуется нагар, и это выливается в образование меньшего количества нагара.
Результирующий путь для веществ, из которых образуется нагар, от нижней части реакционной камеры до отверстия, предназначенного для отвода вторичного газа и расположенного во внутреннем пространстве, будет меньше в описываемом случае, чем в устройстве, не снабженном защитных кожухом. Тогда вещества, из которых образуется нагар, будут находиться в течение меньшего промежутка времени внутри камеры и, следовательно, меньшее количество нагара будет образовываться во внутреннем пространстве. Благодаря присутствию защитного кожуха во внутреннем пространстве будут образовываться дополнительные турбулентные потоки, что также будет способствовать меньшему образованию нагара.
Защитный кожух в устройстве, согласно данному изобретению, расположен между боковой стенкой камеры и устройствами для разделения. Получающееся внутреннее пространство свободно сообщается с нижней частью реакционной камеры, так что пары, вещества, из которых образуется нагар и произвольные газы, применяющиеся при отгонке, находящиеся в нижней части реакционной камеры, могут свободно снизу проникать во внутреннее пространство. Внешнее пространство сообщается с внутренним пространством с помощью одного или нескольких отверстий. Данные отверстия могут располагаться в защитном кожухе. Целесообразно, чтобы это отверстие формировалось между боковой стенкой реакционной камеры и нижней частью защитного кожуха. В данной конструкции защитный кожух и боковые стенки реакционной камеры не соединены, что является положительной чертой, из-за очевидных конструкционных достоинств. Так как и внутреннее и внешнее пространство соединены с нижней частью реакционной камеры, то в устройстве, соответствующем данному изобретению, внутреннее и внешнее пространство соединены по текучей среде между собой.
Защитный кожух может состоять из, по существу, вертикальной стенки, например имеющей форму трубки или коробки, которая проходит от крышки камеры до некоторой позиции в нижней части камеры и части, которая горизонтально закрывает устройства для разделения. Целесообразно, чтобы защитный кожух состоял из боковых стенок, выполненных в виде трубы, и крышки, которая располагается сразу над устройствами для разделения. Данное расположение является предпочтительным, так как оно уменьшает объем внутреннего пространства и, благодаря этому, возникают дополнительные турбулентные потоки и поток веществ, из которых образуется нагар, меньшее время находится во внутреннем пространстве.
Дополнительный газ, в котором содержится мало веществ, из которых образуется нагар, и который добавляется во внешнее пространство, проходит через отверстие(я) в защитном кожухе и попадает во внутреннее пространство и в отверстие для отвода вторичного газа. Скорость газа в данном отверстии защитного кожуха должна быть достаточно большой для того, чтобы избежать попадания веществ, из которых образуется нагар, во внешнее пространство из нижней части камеры. Целесообразно, чтобы скорость данного газа составляла от 1 до 5 м/с, а предпочтительнее более чем 2 м/с. Таких величин скорости газа можно достичь, регулируя объем газа, в котором содержится мало веществ, из которых образуется нагар, и который добавляется во внешнее пространство. Также величину скорости можно менять, регулируя площадь поперечного сечения отверстия в защитном кожухе. Например, защитный кожух, имеющий отверстие, выходящее в нижнюю часть реакционной камеры, как описано выше, может быть модифицирован путем добавления к защитному кожуху нижней секции, которая будет наклонена в сторону боковых стенок камеры, и, таким образом, площадь кольцеобразного (или близкого к нему по форме) отверстия уменьшится.
Устройства для разделения катализатора и продукта разбавленной фазы, поступающего по вертикальной трубке реакционной камеры ККПС, могут быть произвольными устройствами, известными специалистам по данному типу техники. В частности, можно сослаться на книгу «Технология и операции каталитического крекинга в псевдоожиженном слое» Джозефа В.Вилсона (Joseph W.Wilson), издательство Пеннвелл (PennWell), г.Талса, 1997 г., страницы от 104 до 112, в которой описаны различные методы разделения, которые подходят для совместного с данным изобретением использования. Целесообразно, чтобы устройства для разделения представляли собой некоторое сочетание первичного и вторичного сепараторов. Подходящими первичными сепараторами являются горизонтальные циклонные сепараторы, в которых продукт по касательной подводится в горизонтально закрепленный цилиндр. Такой горизонтальный циклонный сепаратор или сепаратор со сдвоенным барабаном описан, например, в упомянутом выше патенте US-A-4,961,863. Другим подходящим первичным сепаратором является стандартный вертикальный циклон, предпочтительно снабженный отводящей трубкой. Как показано в вышеупомянутом общем руководстве, вертикальные циклоны, снабженные отводящей трубкой, являются наиболее распространенными первичными сепараторами, используемыми в процессах ККПС. Вертикальные циклоны, не содержащие отводящей трубки, описаны, например, в патенте ЕР-А-643122. Подходящими вторичными сепараторами являются вертикальные циклоны или вихревые трубчатые сепараторы. Как показано в вышеупомянутом общем руководстве, вертикальные циклоны, снабженные отводящей трубкой, являются наиболее распространенными вторичными сепараторами, используемыми в процессах ККПС.
В промышленных устройствах для проведения реакции ККПС может встречаться ситуация, когда более чем один первичный сепаратор сообщается по текучей среде с нагнетательным патрубком вертикальной трубы реакционной камеры ККПС. В свою очередь, по меньшей мере, два вторичных сепаратора могут соединяться с каждым первичным сепаратором. Результатом большого числа сепараторов, которые могут располагаться в верхней части реакционной камеры, является то, что образуется большая внешняя поверхность, на которой может образовываться нагар. Накрывая защитным кожухом, в соответствии с настоящим изобретением, как можно большую площадь поверхности, достигают как можно меньшего формирования нагара, как было объяснено выше.
Выводное отверстие для газа первичного сепаратора может отводить в верхнюю часть внутреннего пространства газовый продукт, в котором содержится малое количество катализатора. Указанный газ проходит во входное отверстие для газа вторичного сепаратора, также расположенного во внутреннем пространстве. Входное отверстие для газа вторичного циклона служит также как отверстие для выпуска вторичного газа.
Целесообразно, чтобы трубка для вывода газа первичного сепаратора и трубка для забора воздуха вторичного сепаратора сообщались по текучей среде, как сделано в конструкции ККПС с тесно сопряженными внутренними устройствами. Отверстие для выпуска вторичного газа, как описано выше, удобно располагать в трубке, соединяющей первичный и вторичный сепараторы. Возможно также, чтобы отверстие для выпуска вторичного газа располагалось на трубке вывода газа вторичного сепаратора.
Целесообразно располагать зону отгонки в нижней части реакционной камеры. В зоне для отгонки углеводороды с низкой температурой кипения, присутствующие в веществе катализатора и попавшие в нижнюю часть реакционной камеры, разделяются благодаря контакту с соответствующей для отгонки средой, предпочтительно содержащей пар, в плотной фазе псевдоожиженного слоя катализатора. Среда для отгонки - это псевдоожиженная среда упомянутого псевдоожиженного слоя. Газ, применяемый при отгонке, и углеводороды поступают во внутреннее пространство для того, чтобы быть отведенными из камеры через отверстие для выпуска вторичного газа. Возможна ситуация, когда присутствует отдельная камера для отгонки. Она предназначена для того, чтобы произвести дальнейшее отделение углеводородов от катализатора, полученного в реакционной камере. Последняя упомянутая конструкция иногда называется конструкцией для ККПС с тремя камерами, где устройство восстановления представляет собой третью камеру. В конструкции с тремя камерами газ, содержащий малое количество веществ, из которых образуется нагар и который добавляется во внешнее пространство, желательно является газом, применяющимся при отгонке, содержащим углеводороды и получающийся в отдельной камере для отгонки. Было установлено, что содержание веществ, из которых образуется нагар, в потоке этого газа достаточно мало и данный газ можно использовать для указанной цели.
Помимо варианта, указанного для конструкции с тремя камерами, газ, содержащий малое количество веществ, из которых образуется нагар, может быть любым инертным газом, например азотом или углеводородами с низкой температурой кипения. Целесообразно в таком качестве использовать пар.
Реакционная камера может успешно использоваться для проведения процесса с более тяжелыми исходными фракциями. Данные тяжелые фракции отличаются тем, что содержание в них углерода по Конрадсону (Conradson) составляет более 1 весового процента и в которых более 40 процентов объема составляют компоненты, имеющие температуру кипения выше 475°С.
Настоящее изобретение также направлено на то, чтобы представить способ модификации существующих реакционных камер для проведения каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, которые содержат в своих верхних частях устройства для отделения частиц катализатора и продукта разбавленной фазы, поступающего по вертикальной трубке реакционной камеры, устройства для выпуска из нижней части камеры очищенного продукта, поступившего по вертикальной трубке реакционной камеры и в своей нижней части содержащей устройства для выпуска катализатора из реакционной камеры, где к существующей реакционной камере добавляется некоторый защитный кожух для того, чтобы получить такой реакционную камеру, как описано выше. Существующие реакционные камеры ККПС, например, сконструированные под легкие исходные фракции, могут быть успешно модифицированы с использованием данного простого способа для того, чтобы получились устройства для проведения реакции ККПС, которые могут использовать более тяжелые исходные фракции. Типичные процессы ККПС, которые можно модифицировать с использованием данного способа, описаны, например, в упомянутом выше общем руководстве на страницах с 24 по 42. Данный способ модификации особенно выгоден благодаря тому, что добавление простого элемента - защитного кожуха - можно избавиться от проблем, вызванных образованием нагара, без принятия более жестких мер, таких как, например, замена всей реакционной камеры на реакционную камеру, специально разработанную для тяжелых исходных фракций.
Настоящее изобретение далее будет проиллюстрировано со ссылкой на чертеже.
Фиг.1 показывает реакционную камеру 1 для проведения каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, которая является частью конструкции для проведения реакции ККПС с тремя камерами. Реакционная камера 1 включает в себя в верхней части нагнетательный патрубок 2 вертикальной трубы реакционной камеры ККПС. После нагнетательных патрубков 2 показаны два первичных горизонтальных циклонных сепаратора 3. От данных сепараторов 3 продукт тангенциально подается в горизонтально закрепленный цилиндр 4. Один первичный циклон сообщается по воздуху с двумя вторичными циклонами 6, из которых только один показан на чертеже. Отверстия для вывода газа 5 из первичных сепараторов 3 сообщаются с отверстиями для подачи газа (не показаны) во вторичные циклоны 6. Вторичные циклоны 6 являются вертикальными циклонами, снабженными отводящей трубкой 7. Первичные циклоны также снабжены отводящей трубкой 8. Отверстие для газа 9 вторичного циклона соединено с трубопроводом 10 для отвода, через который очищенный продукт, поступивший по вертикальной трубе реакционной камеры, выводится из реакционной камеры 1. В трубке, соединяющей первичный и вторичный циклоны, расположено отверстие для вторичного отвода газа (не показано), через которое газ, попавший снизу во внутреннее пространство, может быть выведен из реакционной камеры через трубки 9 и 10 для отвода газа. Реакционная камера 1, кроме того, в своей нижней части снабжена трубопроводом 11, предназначенным для того, чтобы отводить катализатор из реакционной камеры к камере для отгонки (не показана). В нижней части реакционной камеры 1 расположена зона 12 отгонки, которая снабжена устройствами 13 для подачи газа, применяемого при отгонке для псевдоожиженной среды. Вокруг части или всех устройств 3, 6 для отделения расположен защитный кожух 14, у которого на нижнем конце имеется отверстие 15. Защитный кожух состоит из гладкой крышки 18, вертикальных стенок 19 и наклонной секции 20 нижней части стенок. Защитный кожух отгораживает внутреннее пространство 16 от внешнего пространства 17. Как внешнее, так и внутреннее пространства сообщаются с нижней частью 21. Подающий трубопровод 22 предназначен для подачи газа, содержащего малое количество веществ, из которых образуется нагар. Газ подается от камеры отгонки (не показана) во внешнее пространство 17. Данный газ выходит из внешнего пространства 17 через отводное отверстие 23, проходит во внутреннее пространство 16 через нижнюю часть 21 реакционной камеры 1 и отверстие 15.
Целесообразно, чтобы отверстие трубопровода 22, предназначенное для подачи газа, было расположено так, чтобы газ, содержащий малое количество веществ, из которых образуется нагар, по касательной поступал в камеру 1. Так должно быть потому, что хорошее перемешивание газа, содержащего малое количество веществ, из которых образуется нагар, происходит во внешнем пространстве 17.
1. Реакционная камера для каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, содержащая в своей верхней части средства отделения частиц катализатора от продукта разбавленной фазы, поступающего по вертикальной трубе реакционной камеры, причем средства отделения соединены по текучей среде с нагнетательным патрубком вертикальной трубы реакционной камеры, также соединены по текучей среде с устройствами для выпуска из камеры очищенного продукта, поступившего по вертикальной трубе реакционной камеры, и соединены по текучей среде с устройствами для выпуска в нижнюю часть камеры отделенного катализатора, и содержащая в своей нижней части устройства для выпуска из реакционной камеры катализатора, при этом между боковой стенкой камеры и средствами для отделения расположен защитный кожух так, что образовано внешнее пространство между стенкой камеры и защитным кожухом и внутреннее пространство внутри защитного кожуха, причем внутреннее пространство свободно сообщается с нижней частью реакционной камеры, а внешнее пространство и внутреннее пространство соединены с помощью, по меньшей мере, одного отверстия, и предусмотрены средства для подачи во внешнее пространство камеры газа с малым количеством веществ, из которых образуется нагар.
2. Камера по п.1, в которой отверстие, соединяющее внешнее и внутреннее пространства, образовано в нижней части защитного кожуха и выходит в нижнюю часть реакционной камеры между боковыми стенками реакционной камеры.
3. Способ проведения каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, отличающийся тем, что используют реакционную камеру в соответствии с п.2, при этом в качестве газа с малым количеством веществ, из которых образуется нагар, подают пар или азот.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что обеспечивают скорость газа, проходящего через отверстия при выходе из внешнего пространства камеры, более 2 м/с.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют исходные фракции для процесса каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, содержащие более 1 вес.% углерода по Конрадсону и в которых более 40% объема составляют компоненты, имеющие температуру кипения выше 475°С.
6. Способ проведения каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, отличающийся тем, что используют камеру по п.2, при этом в качестве газа, содержащего малое количество веществ, из которых образуется нагар, подают поток газа, полученный в отдельной камере для отгонки.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что обеспечивают скорость газа, проходящего через отверстия при выходе из внешнего пространства камеры, более 2 м/с.
8. Способ по любому из пп.6 и 7, отличающийся тем, что используют исходные фракции для процесса каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, содержащие более 1 вес.% углерода по Конрадсону и в которых более 40% объема составляют компоненты, имеющие температуру кипения выше 475°С.
