Конвертер для произведенных из нефти углеводородов в объединенной установке для сжигания с ловушкой для отделения двуокиси углерода
Изобретение относится к конвертеру для произведенных из нефти углеводородов, соединенному с объединенной установкой для сжигания с ловушкой для отделения двуокиси углерода. Описана система для переработки полученных из нефти углеводородов, содержащая: устройство для каталитического крекинга, в которое подают углеводороды, полученные из нефти, имеющее частицы катализатора по существу одинакового размера в псевдоожиженной фазе, расположенные в нем, причем кокс откладывают на частицах катализатора; восстановительный реактор для регенерирования смеси из частиц катализатора и частиц оксида металла, используемых в качестве носителя кислорода, причем имеющиеся частицы оксида металла имеют по существу одинаковый размер, но отличаются от размера частиц катализатора, при этом восстановительный реактор снабжается твердым топливом и частицами катализатора, на которых отложен кокс для сжигания твердого топлива и кокса для обеспечения регенерирования частиц катализатора, которые направляются в устройство для каталитического крекинга, окислительный реактор для окисления носителя кислорода, причем носитель кислорода циркулирует между восстановительным реактором и окислительным реактором. Технический результат - сокращение затрат на захват двуокиси углерода, при этом обеспечивается производство пара для выработки электроэнергии. 14 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к конвертеру для произведенных из нефти углеводородов, соединенному с объединенной установкой для сжигания с ловушкой для отделения двуокиси углерода.
Такой конвертер для произведенных из нефти углеводородов включает устройство для каталитического крекинга углеводородов в присутствии частиц катализатора в псевдоожиженной фазе, и причем разделенные нефтяные фракции извлекаются посредством баллистического разделения частиц и этих разделенных нефтяных фракций. При этом первое устройство обычно соединяется с регенератором частиц катализатора, на которых отлагается кокс в устройстве для крекинга. В этом регенераторе частицы катализатора регенерируются посредством сжигания кокса и затем рециркулируют по направлению к устройству для крекинга.
Эти типы установок описаны в патентных документах FR 2625509, FR 2753453 и FR 2811327.
Традиционно, сжигание кокса в регенераторе достигается посредством введения воздуха у основания регенератора, и дымовой газ, содержащий, в частности, двуокись углерода, полученный в результате реакции кислорода в воздухе и углерода, образующего кокс, удаляется у верхней части регенератора.
Двуокись углерода представляет собой газ, создающий парниковый эффект, содержание которого в выделениях должно быть понижено, что осуществляется полным или частичным захватом этой двуокиси.
Двуокись углерода может быть захвачена в реакторе посредством промывки растворителем, например моноэтаноламином, который избирательно растворяет двуокись углерода.
Растворитель затем регенерируется посредством извлечения двуокиси углерода в связи с нагреванием, посредством введения пара в другой реактор, затем регенерированный растворитель возвращается в блок скруббера. Однако этот раствор должен быть обработан азотом, который также удаляется частично с двуокисью углерода у верха регенератора катализатора, что означает дозирование ловушки для отделения двуокиси углерода в соотношении с количеством присутствующего азота. Кроме того, термическая регенерация вызывает за собой неудобство из-за потребности в больших количествах пара. Этот раствор поэтому потребляет много энергии.
Следовательно, растворитель азота заменяют посредством рециркулирования двуокиси углерода и сжигания с окислителем O2/CO2. Однако кислород производится из воздуха посредством использования блока для разделения воздуха с криогенной установкой, которая потребляет много энергии.
В другом известном процессе выполняется сжигание газа с объединенной рекуперацией двуокиси углерода, в то же время используя оксид металла как носитель кислорода. Этот оксид циркулирует между двумя реакторами, в которых он окисляется в реакторе с псевдоожиженным слоем, циркулируя посредством смешения с воздухом, восстанавливается посредством смешения с газообразным топливом. Этот процесс имеет то преимущество, что он не требует блока для разделения воздуха, поскольку оксид образует носитель кислорода.
Эти процессы захвата двуокиси углерода имеют то неудобство, что они увеличивают капитальные затраты в два раза и требуют больших площадей.
Поэтому было рассмотрено, как описано в патентном документе FR 2850156, изготовление оборудования для сжигания содержащего углерод твердого вещества, чтобы включить реактор для восстановления оксидов, первый циклон, теплообменник для извлечения тепла дымового газа, реактор для окисления оксидов, второй циклон, теплообменники для управления температурой циркулирующих оксидов, в котором циркулирует оксид, который восстанавливается и затем окисляется в каждом из обоих реакторов. В соответствии с известным уровнем техники твердый горючий материал измельчается перед вводом в реактор для восстановления оксида. Оксиды восстанавливаются главным образом посредством введения их в контакт с топливом, которое реагирует с кислородом, высвобождаемым посредством оксида, и затем окисляются посредством контакта с воздухом, который регенерирует оксид. Уменьшенный размер частиц твердого топлива дает возможность более полного и более быстрого сжигания и производства приблизительно 100% летучей золы.
Этот тип оборудования для сжигания содержащих углерод твердых материалов, работающего при атмосферном давлении с объединенным захватом двуокиси углерода, не требует никакого предварительного разделения воздуха. В связи с простотой и компактностью этой установки затраты на захват двуокиси углерода могут быть сокращены, в то же время обеспечивая производство пара для выработки электроэнергии.
Изобретение предлагает объединение установки этого типа с захватом двуокиси углерода, выделяемой в оборудовании для переработки углеводородов, как, например, указанном выше. Посредством использования изобретения двуокись углерода захватывается, в то же время обеспечивая производство пара, предназначенного для производства энергии, и оптимальные размер и стоимость.
Чтобы сделать это, изобретение предлагает оборудование для переработки произведенных из нефти углеводородов, включающее устройство для каталитического крекинга в присутствии частиц катализатора в псевдоожиженной фазе и регенератор указанных частиц катализатора посредством сжигания кокса, отложенного на них, причем указанный катализатор циркулирует между указанным устройством для крекинга и указанным регенератором, причем указанный регенератор представляет собой реактор, объединенный с оборудованием для сжигания для производства пара, с захватом двуокиси углерода, отличающееся тем, что указанный регенератор представляет собой реактор для восстановления носителя кислорода, снабжаемый твердым топливом, включающим указанные частицы, снабженные коксом, и оборудованный разделительным циклоном для твердых частиц и теплообменниками, причем этот реактор для восстановления указанного носителя кислорода связан с реактором для окисления указанного носителя кислорода и оборудован разделительным циклоном для твердых частиц и теплообменниками, причем указанный носитель кислорода циркулирует между этими двумя реакторами и тем, что указанный носитель кислорода образуется из частиц оксидов металлов, средний диаметр которых отличается от среднего диаметра вышеуказанных частиц катализатора.
Таким образом, достигается объединение контура циркуляции частиц катализатора, обеспечивающего переработку произведенных из нефти углеводородов, и контура циркуляции носителя кислорода, обеспечивающего сжигание, производящее энергию, и захват двуокиси углерода.
Посредством тщательного выбора материала для каталитического крекинга указанный носитель кислорода может быть образован с указанными частицами катализатора.
В общем, указанный носитель кислорода образуется из частиц оксида металла, средний диаметр которых отличается от указанных частиц катализатора.
В соответствии с предпочтительным способом указанный реактор для восстановления представляет собой циркулирующий псевдоожиженный слой, который псевдоожижается посредством пара и/или рециркулирующей двуокиси углерода, и/или двуокиси серы.
Выгодно, чтобы установка включала на выходе из циклона реактора для восстановления сифон, разделяющий указанные частицы оксида металла, направляемые к реактору для окисления, и указанные частицы катализатора, направляемые к устройству для крекинга.
Между указанным выходом из циклона реактора для восстановления и указанным устройством для крекинга может быть установлено гранулометрическое сортирующее устройство, повторно вводящее частицы оксида металла в реактор для восстановления и частицы катализатора в устройство для крекинга.
В этом случае, предпочтительно, указанное гранулометрическое сортирующее устройство имеет циркулирующий псевдоожиженный слой, оборудованный циклоном для разделения.
Предпочтительно, указанные частицы катализатора повторно вводятся в указанное устройство для крекинга посредством восходящего канала определенной высоты, в котором потеря нагрузки компенсирует перепад давления между указанным устройством и указанным гранулометрическим сортирующим устройством. Это уравновешивает перепад давления между контуром для циркуляции частиц катализатора и контуром для циркуляции частиц оксида металла.
Выгодно, чтобы отношение между средним диаметром частиц оксида металла и частиц катализатора было больше, чем 2:1.
Указанные оксиды металла могут включать оксид железа.
Указанные частицы катализатора могут состоять из оксида никеля.
Чтобы обеспечивать требования по пару или электричеству, возможно, чтобы указанное твердое топливо также включало остатки от перегонки нефти, как например, пек, битум или асфальт, чтобы выработать достаточную мощность.
Изобретение описано подробно ниже вместе со схемой, которая представляет собой только предпочтительный способ осуществления изобретения.
Чертеж представляет собой установку, соответствующую изобретению.
Эта установка включает конвертер для произведенных из нефти углеводородов, включающий устройство 1 для каталитического крекинга в присутствии частиц катализатора в псевдоожиженной фазе, которые подаются по каналу А1, и регенератор 2 для частиц катализатора посредством сжигания кокса, отложенного на них, причем катализатор циркулирует между устройством 1 для крекинга и регенератором 2. Частицы катализатора удаляются из устройства для крекинга по направлению к регенератору посредством канала 1А для подачи и повторно вводятся из этого регенератора по направлению к устройству для крекинга посредством канала 2А для повторного введения. Некоторые разделенные нефтяные фракции получаются на выходе из устройства для крекинга посредством канала для выхода 1В. В таком устройстве для крекинга температура составляет примерно 650°С и давление примерно 2 бара.
В соответствии с изобретением регенератор 2 представляет собой реактор, объединенный в установку для сжигания для производства пара с ловушкой для отделения двуокиси углерода.
Этот регенератор 2 представляет собой реактор для восстановления носителя кислорода, предпочтительно образованного из частиц оксида металла, имеющих средний диаметр, отличный от частиц катализатора, подаваемых в твердом топливе, включая частицы, снабженные коксом, посредством канала 1А для подачи и оборудованный разделительным циклоном С2 для твердых частиц и теплообменниками Е2. Твердое топливо, подаваемое по каналу А2, может также включать остатки от перегонки нефти.
Этот реактор для восстановления представляет собой источник тепла для циркулирующего псевдоожиженного слоя, который псевдоожижается паром посредством канала 2В для подачи и воздушной камеры 2С, вводящей псевдоожижающий пар в нижнюю часть реактора 2 для восстановления. Этот пар смешивается с двуокисью углерода или двуокисью серы, рециркулирующей посредством дополнительного канала 2D, очищаясь в той же самой воздушной камере 2С. В таком реакторе для сжигания температура составляет примерно 900°С и давление является атмосферным давлением.
Вообще говоря, указанный реактор 2 для восстановления представляет собой циркулирующий псевдоожиженный слой, который псевдоожижается паром и/или рециркулирующей двуокисью углерода, и/или двуокисью серы.
В верхней части реактора 2 для восстановления устанавливается циклон С2, где твердые частицы отделяются от летучей золы и дымовых газов, содержащих двуокись углерода, двуокись серы и пар.
Летучая зола и дымовые газы поступают в теплообменники Е2 и парогенераторы для производства электричества. Летучая зола отделяется от дымовых газов в мешочном фильтре F2. Дымовые газы затем направляются в контур R2 для охлаждения и конденсации через вентилятор V2. Этот контур извлекает воду и остающуюся H2SO4 из двуокиси углерода, которая затем частично повторно вводится в реактор 2 посредством дополнительного канала 2D. Летучая зола отделяется от частиц оксида металла посредством гранулометрического сепаратора S2, чтобы накапливаться в бункере, тогда как частицы оксида металла направляются к бункеру 4.
Твердые частицы, поступающие из разделительного циклона С2, содержащие частицы оксида металла, регенерированные частицы катализатора и остатки углерода, проходят через сифон 5, из которого первая часть направляется в гранулометрическое сортирующее устройство 6, предназначенное для разделения частиц оксида металла и частиц катализатора и которое будет пояснено далее. Вторая часть, поступающая из циклона, выгружается к устройству 7 для удаления остатка углерода.
Это устройство 7 для удаления псевдоожижается посредством пара из канала 8 для входа пара, также снабжающего канал 2В для подачи реактора 2 для восстановления. Это псевдоожижение отделяет тонкие и легкие частицы, как например, остаток углерода, от частиц оксида металла и повторно вводит их в реактор 2 для восстановления через канал 7А, в то время как более плотные и большие частицы оксида металла перемещаются посредством канала 7В по направлению ко второму реактору 3, который является реактором для окисления. Пример построения такого устройства 7 для удаления описан в патентном документе FR 2850156.
Реактор 3 для окисления оборудован системой D3 для запуска, которая снабжается топливом, как например, газом, системой введения частиц оксида металла из бункера 4 для оксидов и системой для псевдоожижения и окисления посредством канала 9 для подачи. Эта система D3 для запуска повторно нагревает реакторы и контуры для циркуляции твердых частиц вплоть до порога температуры выше, чем 700°С, и запускает реакции.
Реактор 3 для окисления носителя кислорода, содержащего частицы оксида металла среднего диаметра, отличного от частиц катализатора, оборудуется циклоном С3 для отделения твердых частиц и теплообменниками Е3.
Слой, составленный из оксидов металлов, циркулирует в реакторе 3 для окисления, который псевдоожижается посредством воздуха, входящего из канала 9 для входа, снабжающего воздушную камеру 3С. В таком реакторе для окисления температура составляет примерно 1000°С и давление является атмосферным давлением.
Частицы оксида металла и выпускаемый воздух после окисления в реакторе 3, о котором идет речь, проходят в циклон С3 для разделения твердых частиц, где частицы оксида металла отделяются от образованных газов, по существу азота, кислорода и летучей золы.
Горячие газы охлаждаются в теплообменниках Е3 и парогенераторе для производства электричества. Унесенные частицы оксида отделяются от воздуха посредством мешочного фильтра F3 и повторно вводятся в бункер 4 для оксида, в то время как эксгаустер направляет воздух обратно в атмосферу через дымоход 10.
Твердые частицы, которые были извлечены в циклоне С3, проходят через сифон 11, из которого первая часть перемещается в основание реактора 2 для восстановления, вторая часть рециркулирует в основание реактора 3 для окисления, и третья часть направляется к наружному слою 12 посредством воздуха, подаваемого по каналу 9 для входа воздуха, где расположен псевдосжижаемый теплообменник, затем, в конце концов, повторно вводится в реактор 3 для окисления. Этот теплообменник управляет температурой в реакторе 3 для окисления.
Дополнительные частицы оксида металла в реакторе 3 для окисления возможны из бункера 4 для оксида через канал 13. Дополнительные частицы оксида могут выравниваться, чтобы компенсировать потери за счет истирания в различных реакторах 2 и 3 с тем, чтобы обеспечить достаточные оксиды, чтобы гарантировать перемещение материалов и циркуляцию твердых частиц. Большие частицы золы или агломераты периодически извлекаются посредством канала 14 для извлечения у дна реактора для окисления в бункер для восстановления.
Как уже было упомянуто, между выходом из циклона С2 реактора для восстановления и устройством 1 для крекинга имеется гранулометрическое сортирующее устройство 6, повторно вводящее частицы оксида металла в реактор 2 для восстановления и частицы катализатора в устройство 1 для крекинга.
Предусматривается, что носитель кислорода изготовляется из частиц оксида металла, отличных от частиц катализатора, которые, например, изготовляются из оксида никеля. Этот оксид металла предпочтительно включает оксид железа и может также быть оксидом марганца, меди или никеля.
Эквивалентно в пределах основы изобретения этот носитель кислорода может быть образован из самих частиц катализатора. В этом случае гранулометрического сортирующего устройства 6 не требуется.
Чтобы эффективно сортировать частицы, когда частицы оксида отличаются от частиц катализатора, гранулометрия этих частиц выбирается так, чтобы отношение между средним диаметром частиц оксида и частиц катализатора было больше, чем 2:1. В качестве примера, частицы оксида имеют средний диаметр примерно 160 микрон, и частицы катализатора имеют средний диаметр примерно 60 микрон.
Гранулометрическое сортирующее устройство 6 образуется из циркулирующего псевдоожиженного слоя 6А, в который подается пар через канал 8 для входа, и оборудуется циклоном 6В для разделения, имеющим такой размер, чтобы осуществлять сортировку. В нижней части циклона 6В, о котором идет речь, находятся удаляемые частицы оксида, которые повторно вводятся в нижнюю часть реактора 2 для восстановления. В верхней части циклона 6В, о котором идет речь, частицы катализатора направляются обратно в устройство 1 для крекинга посредством восходящего канала 6С определенной высоты, в котором потеря нагрузки компенсирует перепад давления между устройством 1 для крекинга и гранулометрическим сортирующим устройством 6. Это перемещение осуществляется через воронку 15.
Цикл различных реакций будет теперь описан.
Произведенные из нефти углеводороды и частицы катализатора вводятся в устройство 1 для крекинга. Получаются разделенные нефтяные фракции и частицы катализатора с нанесенным коксом, поэтому углерод, возможно, с остатками от перегонки нефти удаляется в реакторе 2 для восстановления.
Этот реактор 2 для восстановления представляет собой циркулирующий псевдоожиженный слой, увеличенное время задержки в этом реакторе получается в связи с внутренней циркуляцией твердых частиц в этом реакторе и рециркуляцией через его циклон С2. Летучие материалы очищаются очень быстро после повторного нагрева топлива и реагируют с кислородом, очищаемым посредством оксида металла носителя кислорода, чтобы осуществлять частичное сжигание, что продолжает сжигание связанного углерода, гарантируя, с одной стороны, удаление кокса, переносимого частицами катализатора, которые регенерируются, и, с другой стороны, возможное восстановление дополнительных частиц оксида металла.
Часть слоя оксида извлекается у дна сифона 5, расположенного под циклоном, связанным с этим реактором 2 для восстановления, чтобы очищаться от остатков углерода, которые не были превращены в летучую золу, используя устройство 7 для удаления, которое образует барьер для углерода в установке, затем вводится обратно в реактор 3 для окисления, чтобы окисляться посредством кислорода в воздухе.
В связи с этим барьером для углерода никакой остаток углерода не перемещается в реактор 3 для окисления. Таким образом, он не производится из двуокиси углерода, что понижает эффективность захвата двуокиси углерода из установки.
Воздух, бедный кислородом, входящий из реактора 3 для окисления, охлаждается в теплообменнике Е3, который для практических целей образуется из множества теплообменников, затем любая пыль удаляется в мешочном фильтре F3 и направляется обратно в атмосферу.
Частицы оксида, регенерированные после их прохода в реактор 3 для окисления, направляются обратно в реактор 2 для восстановления, чтобы начать новый цикл транспортирования кислорода из реактора 3 для окисления в реактор 2 для восстановления. Количество оксидов, направляемых обратно в реактор 2 для восстановления, может управляться посредством вентиля для регулирования расхода (не показан).
Другая часть слоя оксида, извлеченного посредством основания 5 сифона, расположенного под циклоном, связанным с реактором 2 для восстановления, направляется с одной стороны вниз из реактора 2 для восстановления, чтобы поддержать циркуляцию твердых частиц в реакторе 2, и с другой стороны - в гранулометрическое сортирующее устройство 6, которое отделяет регенерированные частицы катализатора, которые повторно вводятся в устройство 1 для крекинга, и частицы остаточного оксида, которые повторно вводятся в основание реактора для восстановления.
Как упомянуто ранее, возможно использовать в качестве катализатора крекинга носитель кислорода, который также может обеспечить контур циркуляции кислорода между двумя реакторами 2 и 3. Установка упрощается, поскольку затем не требуется осуществлять гранулометрическую сортировку, производимую посредством сортировочного устройства 6.
1. Система для переработки полученных из нефти углеводородов, содержащая
устройство для каталитического крекинга, в которое подают углеводороды, полученные из нефти, имеющее частицы катализатора по существу одинакового размера в псевдоожиженной фазе, расположенные в нем, причем кокс откладывают на частицах катализатора;
восстановительный реактор для регенерирования смеси из частиц катализатора и частиц оксида металла, используемых в качестве носителя кислорода, причем имеющиеся частицы оксида металла имеют по существу одинаковый размер, но отличаются от размера частиц катализатора, при этом восстановительный реактор снабжается твердым топливом и частицами катализатора, на которых отложен кокс для сжигания твердого топлива и кокса для обеспечения регенерирования частиц катализатора, которые направляются в устройство для каталитического крекинга,
окислительный реактор для окисления носителя кислорода, причем носитель кислорода циркулирует между восстановительным реактором и окислительным реактором.
2. Система по п.1, в которой восстановительный реактор представляет собой циркулирующий псевдоожиженный слой, который псевдоожижается посредством пара, рециркулирующей двуокиси углерода и/или двуокиси серы.
3. Система по п.1, в которой носитель кислорода образуется из частиц оксида металла, средний диаметр которых отличается от среднего диаметра указанных частиц катализатора.
4. Система по п.1, содержащая первый разделительный циклон для разделения твердых частиц и газа выходящих из восстановительного реактора для направления твердых частиц к окислительному реактору или к устройству для каталитического крекинга.
5. Система по п.1, содержащая второй разделительный циклон для разделения твердых частиц и газа, выходящих из окислительного реактора и для направления твердых частиц к восстановительному реактору.
6. Система по п.4, содержащая сифон, проходящий от первого разделительного циклона, причем сифон разделяет частицы оксида металла, направляемые к окислительному реактору, и частицы катализатора, направляемые к устройству для крекинга.
7. Система по п.4, дополнительно содержащая гранулометрическое сортирующее устройство, расположенное между выходом первого разделительного циклона и устройством для каталитического крекинга, причем гранулометрическое сортирующее устройство повторно вводит частицы оксида металла в восстановительный реактор и частицы катализатора в устройство для каталитического крекинга.
8. Система по п.7, в которой гранулометрическое сортирующее устройство образуется из циркулирующего псевдоожиженного слоя, оборудованного третьим разделительным циклоном.
9. Система по п.4, в которой частицы катализатора повторно вводятся в указанное устройство для крекинга посредством восходящего канала определенной высоты, в котором потеря нагрузки компенсирует перепад давления между устройством для каталитического крекинга и гранулометрическим сортирующим устройством.
10. Система по п.1, в которой отношение между средним диаметром частиц оксида металла и частиц катализатора является большим чем 2:1.
11. Система по п.7, в которой оксиды металла включают оксид железа.
12. Система по п.1, в которой частицы катализатора включают оксид никеля.
13. Система по п.1, в которой твердое топливо включает остатки от перегонки нефти.
14. Система по п.1, в которой частицы катализатора и носитель кислорода по существу одинаковые.
15. Система по п.1, в которой реактор объединен с оборудованием для сжигания для производства пара с захватом двуокиси углерода.
