Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами
Настоящее изобретение относится к устройству для контактирования текучей среды с твердыми компонентами. Устройство содержит резервуар, решетчатую конструкцию, содержащую одну или более решетчатых ступеней, каждая из которых содержит множество решетчатых сборочных секций, причем каждая решетчатая сборочная секция содержит нижнюю платформу и каркасную конструкцию, проходящую в верхнем направлении от двух противоположных сторон нижней платформы, основание, образованное из конструктивных элементов, на которое опирается решетчатая конструкция, причем основание содержит среднюю часть и три или более плеч, проходящих в наружном направлении от средней части, и три или более кронштейнов, прикрепленных к внутренней поверхности резервуара и разнесенных друг от друга, выполненных с возможностью поддержки плеч основания и выполненных с обеспечением возможности теплового расширения и сжатия. Изобретение обеспечивает избежание протекания газа вверх вдоль одной стороны конструкции и исключение образования чрезмерного напряжения в резервуаре или внутренних элементах, возникающего ввиду больших сил и перемещений металлических частей. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для контактирования текучей среды с твердыми компонентами.
Уровень техники
В системах с псевдоожиженным слоем, работающих с низкой приведенной скоростью, проявляется тенденция к образованию заполненных газом пустот, таких как пузыри, которые ухудшают контакт между газом и твердой фазой. В некоторых ситуациях внутренние элементы, такие как шевронные элементы, решетка типа решетки, используемой в метро, структурированная забутовка или тому подобное средство, используются для разрушения пузырей и/или предотвращения образования пузырей с целью уменьшения или устранения нежелательного влияния недостаточного контакта между твердой и газовой фазой.
В типичном процессе дегидрирования пропана внутренние элементы являются необходимыми в каталитической кондиционирующей зоне, камере сгорания, реакторе-стриппере и непосредственно реакторе. Решетка типа решетки, используемой в метро, является превосходным выбором, поскольку она разрушает большие пузыри, превращая их в мелкие пузыри, и одновременно не ограничивает радиальное перемещение в слое.
При заданной скорости газа и потока через заданный внутренний элемент, который блокирует часть открытой области резервуара, будет протекать псевдоожиженный слой, который не обеспечивает возможность обратного смешивания твердых частиц с низшими уровнями и приводит к чрезмерному уносу до верхнего уровня внутренней конструкции. Таким образом, открытой областью и скоростями попутного газа необходимо управлять в строгих пределах от 0,1 фут/сек (0,0304 м/сек) до 10 фут/сек (3,04 м/сек). На основании потока твердых частиц и объемного расхода газа может быть вычислена минимальная открытая область для предотвращения захлебывания. Кроме того, должно быть выполнено разнесение внутренних элементов, таких как решетка типа решетки, используемой в метро, для избежания протекания газа вверх вдоль одной стороны конструкции. Наконец, ввиду больших сил и перемещений металлических частей в результате высоких температур, должна использоваться уникальная механическая конструкция, учитывающая такое перемещение без приведения к образованию чрезмерного напряжения в резервуаре или внутренних элементах.
Раскрытие сущности изобретения
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения предложено устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами, содержащее резервуар; решетчатую конструкцию, содержащую одну или более решетчатые ступени, причем каждая решетчатая ступень содержит множество решетчатых сборочных секций; основание, образованное из конструктивных элементов, используемых для поддержки решетчатой конструкции; и три или более кронштейнов, прикрепленных к внутренней поверхности резервуара и расположенных на расстоянии друг от друга, для поддержки основания; при этом основание поддерживается кронштейнами.
Краткое описание чертежей
С целью иллюстрирования изобретения ниже в качестве примера приведены сопроводительные чертежи; однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается показанными конкретными конструкциями и инструментарием.
Фиг. 1 схематически показывает продольный разрез первого варианта реализации устройства для контактирования текучей среды с твердыми компонентами;
Фиг. 2 схематически показывает перспективный вид первого варианта реализации решетчатой сборочной секции устройства для контактирования текучей среды с твердыми компонентами;
Фиг. 3 схематически показывает перспективный вид двух решетчатых конструкций ступени и основание устройства для контактирования текучей среды с твердыми компонентами;
Фиг. 4 схематически показывает перспективный вид первого варианта реализации основания, образованного из конструктивных элементов, используемых для поддержки решетчатой конструкции; и
Фиг. 5 схематически показывает первый вариант реализации кронштейнов, используемых в устройстве согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан первый вариант реализации устройства 1 для контактирования текучей среды с твердыми компонентами. Устройство содержит оболочку или резервуар 10, который заключает в себе решетчатую конструкцию 15, содержащую одну или более решетчатые ступени 20. Как показано на фиг. 3, каждая решетчатая ступень состоят из множества решетчатых сборочных секций 30. На фиг. 2 показан более подробный пример одного варианта реализации решетчатой сборочной секции 30. Как показано на фиг. 2, каждая решетчатая сборочная секция 30 образована из нижней платформы 32, каркасной конструкции 34, проходящей в верхнем направлении от двух противоположных сторон 32a и 32b нижней платформы 32, причем одна или обе из каркасных конструкций 34 содержит дополнительную диагональную опору 36. Одна или обе противоположных стороны 32a и 32b нижней платформы 32 в качестве варианта дополнительно могут содержать крепежную планку 33 для соединения двух примыкающих решетчатых сборочных секций. Каждая решетчатая сборочная секция 30 дополнительно содержит верхнюю платформу 29, образованную из планок 29a, 29b, 29c и 29d, выполненных с возможностью приема по меньшей мере части нижней платформы другой решетчатой сборочной секции (не показана). Вертикальные опоры 38a, 38b, 8c и 38d проходят от нижней платформы 32 к верхней платформе 29. В качестве варианта, верхняя платформа дополнительно может содержать один или более направляющие рельсы 39 и/или крепежную планку 35. Наружная сторона решетчатой сборочной секции 30 также может содержать дополнительную вертикальную опору 37. Каждая решетчатая сборочная секция в качестве варианта содержит одну или более решетчатые платформы 31. Решетчатые платформы 31 могут полностью или частично заполнять пространство, образованное нижней платформой 32. Решетчатые платформы 31 в качестве варианта могут быть образованы для обеспечения возможности прохода других внутренних элементов (не показаны) резервуара 10. Решетчатые платформы 31 содержат любую конструкцию, которая формирует преграду для потока и выполнена с возможностью разрушения пузырей, протекающих в резервуаре 10. Такие конструкции включают в себя решетку типа решетки, используемой в метро, шевроны, забутовку, круглые стержни, трубки, плоские стержни, уголковое железо и т.п. В настоящем изобретении дополнительно предложено устройство согласно любому варианту реализации, описанному в настоящей заявке, за исключением того, что решетчатая платформа 31 содержит одно или более из группы, состоящий из решетки типа решетки, используемой в метро, шевронных элементов, уплотняющих конструкций или сочетания двух или более элементов из вышеперечисленного.
Как дополнительно показано на фиг. 1, решетчатая конструкция 15 может содержать множество решетчатых ступеней 20; в частности, четыре решетчатые ступени, показанные на фиг. 1. Согласно конкретному варианту реализации количество решетчатых ступеней 20 в резервуаре 10 находится в диапазоне от 1 до 20. Все отдельные значения и поддиапазоны от 1 до 20 включены и описаны в настоящей заявке; например, количество решетчатых ступеней может колебаться от нижнего порога 1, 5, 10 или 15 до верхнего порога 2, 6, 8, 12, 14 или 20.
Решетчатая конструкция 15 поддерживается в резервуаре 10 основанием 40. Основание 40 содержит множество конструктивных элементов, соединенных способом, обеспечивающим возможность поддержки решетчатой конструкции 15. Согласно конкретному варианту реализации основание 40 образовано тремя или более плечами 42. Согласно данному варианту реализации основание дополнительно содержит среднюю часть 44, которая является закрытой геометрической формой, от которой три или более плеч 42 проходят в наружном направлении. Согласно конкретному варианту реализации плечи 42 разнесены по существу на равные расстояния вокруг средней части 44. Средняя часть может иметь любую закрытую геометрическую форму, включая, например, круг (как показано на фиг. 1-4), квадрат, прямоугольник, овал, пятиугольник или шестиугольник. Плечи 42 и средняя часть 44 могут быть выполнены из любого материала, имеющего достаточную прочность для поддержки решетчатой конструкции в эксплуатационных режимах. Как показано на фиг. 4, плечи и средняя часть состоят из двутавровых балок. Однако согласно еще одному варианту реализации также могут использоваться другие формы, такие как тавровые балки, балки с U-образным сечением или сплошные балки. Согласно еще одному варианту реализации средняя часть и плечи выполнены из одного и того же конструкционного материала. Согласно еще одному варианту реализации используются различные материалы для выполнения средней части 44 и одного или более плеч 42. Основание 40 в качестве варианта может содержать средство для крепления самой нижней решетчатой ступени к основанию 40. Как показано на фиг. 3, это средство может быть планкой, проходящей в верхнем направлении от одного или более плеч 42 и примыкающей нижней платформы 32a и 33 решетчатой сборочной секции 30. Согласно еще одному варианту реализации средство для крепления самой нижней решетчатой ступени к основанию может включать в себя один или более химические адгезивы, такие как эпоксидные смолы, механические крепежные элементы, такие как болты, заклепки и зажимы, и механические адгезивы, такие как точечная или шовная сварка.
Приведенная скорость газового потока в резервуаре 10 может колебаться от 0,1 до 10 фут/сек (0,0305-3,05 м/сек). Все отдельные значения от 0,1 до 10 фут/сек (0,0305-3,05 м/сек) включены и описаны в настоящей заявке; например, приведенная скорость газового потока в резервуаре может колебаться от нижнего порога 0,1; 2; 4; 6; или 8 фут/сек (0,0305; 0,610; 1,22; 1,83; или 2,44 м/сек) до верхнего порога 0,5; 1; 3; 5; 7; 9; или 10 фут/сек (0,152; 0,305; 0,915; 1,525; 2,135; 2,745; или 3,05 м/сек). Например, приведенная скорость газового потока в резервуаре может колебаться от 0,1 фут/сек до 10 фут/сек (0,0305-3,05 м/сек) или в качестве альтернативы от 0,1 фут/сек до 7,8 фут/сек (0,0305-2,379 м/сек) или в качестве альтернативы от 0,5 фут/сек до 8 фут/сек (0,152-2,44 м/сек) или в качестве альтернативы от 1 фут/сек до 7,7 фут/сек (0,305-2,348 м/сек). Согласно конкретному варианту реализации приведенная скорость газового потока в резервуаре составляет меньше чем 8 фут/сек (2,44 м/сек). Используемый в настоящей заявке термин "приведенная скорость" означает скорость газа во всем резервуаре, и термин "скорость в отверстии" означает скорость газа через отверстия решетчатой платформы, т.е. скорость газа через не заблокированную балками и твердыми частями решетчатой платформы. Скорость газа в отверстии должна варьироваться от 1 до 8 фут/сек (0,305-2,44 м/сек). Скорости в отверстии выше чем 8 фут/сек (2,44 м/сек) могут привести к захлёбыванию и не будут обеспечивать возможность образования плотных слоев катализатора в резервуаре.
Могут быть использованы внутренние элементы, которые выполнены с возможностью блокирования от 10% до 80% открытой области резервуара. Согласно конкретным вариантам реализации нижние платформы, верхние платформы и основание кумулятивно могут блокировать 20-30% открытой области, в то время как решетка типа решетки, используемой в метро, может блокировать от 10% до 40% остальной открытой области. Стандартная решетка с ячейкой 1х4 дюйма (25,4х101,6 мм) и стержнями толщиной 0,25 дюйма (6,35 мм) может блокировать 30% открытой области.
В настоящем изобретении дополнительно предложено устройство по любому из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, за исключением того, что резервуар используется в качестве реактора.
В настоящем изобретении дополнительно предложено устройство по любому из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, за исключением того, что резервуар используется в качестве камеры сгорания.
В настоящем изобретении дополнительно предложено устройство по любому из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, за исключением того, что резервуар используется в качестве каталитического кондиционера.
В настоящем изобретении дополнительно предложено устройство по любому из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, за исключением того, что резервуар используется в качестве каталитического десорбера.
В настоящем изобретении дополнительно предложено устройство по любому из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, за исключением того, что устройство представляет собой реактор или камеру сгорания и обеспечивает условия прямого восходящего потока. Прямой восходящий поток означает, что усредненный поток газа и твердых частиц протекает в верхнем направлении, несмотря на то, что некоторые твердые частицы могут смешиваться в обратном направлении.
В настоящем изобретении дополнительно предложено устройство по любому из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, за исключением того, что устройство представляет собой каталитический кондиционер или каталитический десорбер и обеспечивает условия противотока с газом, протекающим в верхнем направлении, и твердыми частицами, перемещающимися в нижнем направлении. Термин "протекающий" относится к усредненной скорости конкретного потока и не исключает обратное смешивание. В настоящем изобретении дополнительно предложено устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по любому описанному в настоящей заявке варианту реализации, за исключением того, что устройство используется в качестве реактора для дегидрирования, в котором исходное сырье, подаваемое в устройство, выбрано из группы, состоящей из этана, пропана, бутана, n-бутана, изобутана, изобутена, n-бутена, этилбензола, кумена и любого сочетания двух или более вышеперечисленных веществ.
Решетчатая конструкция 15 и основание 40 удерживаются на месте в резервуаре 10 при помощи кронштейнов 50, которые разнесены вдоль внутренней поверхности резервуара 10. Кронштейны 50 прикреплены непосредственно или опосредовано к внутренней поверхности и содержат горизонтальный выступ 55 на котором или в котором размещены концы плеч 42. Расположение кронштейнов 50 таково, что кронштейны 50 поддерживают или удерживают плечи 42. На фиг. 5 показан один вариант реализации кронштейнов 50. Как показано на фиг. 5, выступ 55 прикреплен к пластине 57. Пластина 57 может быть непосредственно прикреплена к внутренней поверхности металлического резервуара или согласно еще одному варианту реализации может быть прикреплена к одному или более промежуточному устройству (не показано), такому как совместимая металлическая пластина, которая может быть прикреплена непосредственно к внутренней поверхности. Согласно еще одному варианту реализации кронштейны 50 могут быть полностью или частично обернуты, заключены в кожух или покрыты одним или более тугоплавкими материалами (не показаны). Как дополнительно показано на фиг. 5, кронштейн дополнительно содержит две боковые направляющие 58, проходящие в верхнем направлении от любой стороны выступа 55. Альтернативно или дополнительно боковые направляющие могут проходить в нижнем направлении от любой стороны выступа 55. Боковые направляющие 58 и выступ 55 формируют канал, в который может быть посажен конец плеча 42. Согласно одному варианту реализации конец горизонтальной хордовой балки опирается в канале таким образом, что он может перемещаться вследствие теплового расширения и сокращения во время работы резервуара. Согласно еще одному варианту реализации каждое плечо 42 соединено болтами с кронштейном 50 или иным способом прикреплено к кронштейну 50, так что плечо может перемещаться при изменениях температуры и/или давления. Как показано на фиг. 5, каждая из боковых направляющих 58 содержит дополнительные выемки, ограничивающие теплопередачу от выступа 55 и боковых направляющих 58 к пластине 57. Несмотря на то, что на фиг. 5 показан один вариант реализации кронштейна, другие конструкции также включены в объем охраны настоящего изобретения с условием, что каждый кронштейн выполнен с возможностью поддерживания конца плеча 42 с одновременным обеспечением возможности теплового расширения и сокращения. Например, согласно еще одному варианту реализации конец плеча 42 может быть выполнен в форме туннеля или трубы, надетых поверх горизонтального выступа кронштейна, лишенного направляющих. Согласно еще одному варианту реализации кронштейн может быть выполнен в форме выступа с боковыми направляющими и верхней частью, образующими таким образом туннель или трубу, в которых может быть размещен конец плеча 42.
Как указано выше, согласно конкретным вариантам реализации устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами может быть использовано в качестве реактора, камеры сгорания, каталитического кондиционера или каталитического десорбера. Таким образом, устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами может быть использовано в широком диапазоне условий.
Согласно одному конкретному варианту реализации устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами используется в процессах дегидрирования углеводородов, псевдоожиженного каталитического крекинга или переработки метанола в олефины. Согласно еще одному варианту реализации устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами используется для дегидрирования низших парафинов для формирования их соответствующих олефинов или низших олефинов для формирования их соответствующих диолефинов. Согласно одному конкретному варианту реализации исходным сырьем, подаваемым в устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами, являются углеводородные фракции C3, C4 и/или этиленбензоловое углеводородное сырье.
При использовании в качестве реактора для дегидрирования контактирование углеводородного сырья с каталитическим исходным материалом включает в себя соответствие катализатора требованиям группы А или группы В по классификации Гелдарта в реакторе для дегидрирования с псевдоожижением, т.е. устройстве для контактирования текучей среды с твердыми компонентами согласно настоящему изобретению, при соотношении каталитического исходного материала и углеводородного сырья 5-100 по весу; причем в качестве варианта углеводородное сырье и каталитический исходный материал предварительно подогреты до температуры от примерно 400°C до примерно 660°C в реакторе для дегидрирования; при этом среднее время контакта между углеводородным сырьем и каталитическим исходным материалом составляет от примерно 1 сек до примерно 10 сек; и температура в реакторе для дегидрирования поддерживается равной температуре реакции, составляющей от примерно 550°C до примерно 750°C; и давление в реакторе для дегидрирования поддерживается в пределах от примерно 41,4 кПа до примерно 308,2 кПа (от примерно 6,0 фунтов на кв. дюйм до примерно 44,7 фунта на кв. дюйм) в выходном отверстии реактора.
Согласно большей части вариантов реализации настоящего изобретения температура реакции составляет более чем 500°C и предпочтительно больше чем 550°C. Согласно конкретным вариантам реализации температура реакции составляет от 500°C, предпочтительно 550°C, более предпочтительно 570°C до 760°C. Среднее время контакта должно быть достаточно продолжительным для дегидрирования приемлемых количеств исходного углеводородного сырья, но не настолько продолжительным, чтобы вырабатывать недопустимые количества побочных продуктов. Несмотря на то, что необходимое время контакта зависит от конкретного сырья, катализатора (катализаторов) и температуры (температур) реакции, согласно предпочтительным вариантам реализации настоящего изобретения время контакта в реакторе для дегидрирования составляет меньше чем 60 секунд, предпочтительно меньше чем 10 секунд, более предпочтительно меньше чем 8 секунд и еще более предпочтительно меньше чем 7 секунд. Таким образом, времена контакта могут составлять от примерно 0,5 секунд или примерно 1 секунд до примерно 10 секунд, предпочтительно от примерно 0,5 секунд или примерно 1 секунд до примерно 8 секунд и более предпочтительно от примерно 0,5 секунд или примерно 1 секунд до примерно 7 секунд.
Среднее время нахождения катализатора в реакторе предпочтительно меньше чем примерно 500 секунд, предпочтительно от примерно 5 секунд до примерно 240 секунд, более предпочтительно от примерно 20 секунд до примерно 150 секунд и еще более предпочтительно от примерно 25 секунд до примерно 100 секунд. Применение этих времен позволяет уменьшить количество катализатора, требуемого для процесса, тем самым обеспечивая сокращение запасов катализирующего материала. Такие запасы материала, в свою очередь, обеспечивают преимущество, состоящее в снижения эксплуатационных и капитальных затрат по сравнению с некоторыми известными способами.
При рекомендуемых временах нахождения катализатора в реакторе для дегидрирования и средних временах контакта в реакторе для дегидрирования применяемая температура реактивной смеси, которая может быть подана в основной части посредством горячего свежего или регенерированного катализатора, в случае необходимости составляет от примерно 500°C до примерно 800°C, предпочтительно от примерно 550°C до примерно 760°C и более предпочтительно от примерно 600°C до примерно 760°C. Специалистам понятно, что реакция дегидрирования вышеуказанных соединений является по своей природе эндотермической, и что некоторая гибкость в пределах этих диапазонов температуры в некоторых случаях может быть достигнута соответствующей модификацией других переменных согласно потребностям полной технологической схемы установки.
Температуры также зависят от типа реактора для дегидрирования, используемого в процессе, согласно настоящему изобретению. Могут быть использованы различные типы реакторов, обеспечивающих такой псевдоожиженный контакт между исходным углеводородным сырьем и каталитическим исходным материалом. Примеры реакторов подходящих типов могут включать в себя прямоточный или противоточный реактор с псевдоожижением, лифт-реактор, реактор с нисходящим потоком, быстрый реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с кипящим слоем, реактор с турбулентным потоком или комбинации вышеперечисленного. Согласно одному предпочтительному варианту реализации реактор представляет собой сочетание быстрого реактора с псевдоожиженным слоем или реактора с турбулентным потоком в его нижней части и лифт-реактора в его верхней секции. Согласно еще одному варианту реализации быстрый реактор с псевдоожиженным слоем или реактор с турбулентным потоком может быть соединен с отдельным лифт-реактором путем усечения. Согласно некоторым вариантам реализации реактор может быть реактором с горячей стенкой или реактором с холодной стенкой, и в любом случае он может быть с огнеупорной футеровкой. Он может быть изготовлен из известных материалов, используемых в крекинге с псевдоожиженным катализатором (FCC) или химической переработке нефти, таких как, например, нержавеющая сталь или углеродистая сталь, и может быть выполнен с возможностью выдерживания технологических параметров, включая температуру, давление и расход. Согласно конкретным вариантам реализации, в которых реактор представляет собой реактор с псевдоожижением, имеющий прямоточный восходящий поток, самая высокая температура в реакторе для дегидрирования присутствует в его нижнем конце, и при прохождении реакции и подъеме катализатора и реакционной смеси температура уменьшается с градиентом в направлении к верхнему концу реактора. См., например, патент США № 8,669,406 (B2), содержание которого посредством ссылки полностью включено в настоящий документ. Размеры реактора в целом зависят от технологической схемы применяемой установки и, таким образом, в целом должны учитывать ее предполагаемую производительность или пропускную способность, среднечасовую скорость подачи сырья (WHSV), температуру, давление, эффективность катализатора и удельные соотношения сырья, преобразованного в продукцию, при требуемой селективности.
Согласно еще одним конкретным вариантам реализации реактор может содержать две определяемые секции, так что нижняя секция может работать в режиме, который является режимом, близким к изотермическому режиму, такому как в быстром реакторе с псевдоожижением, или режимом турбулентного реактора с восходящим потоком, в то время как верхняя секция может работать в режиме, более похожим на режим идеального вытеснения, такой как в лифт-реакторе. Например, согласно описанному выше варианту реализации реактор для дегидрирования может содержать нижнюю секцию, работающую в качестве быстрого реактора с псевдоожиженным или турбулентным слоем, и верхнюю секцию, работающую в качестве лифт-реактора, так что в итоге усредненный поток катализатора и газа перемещается параллельно в верхнем направлении. Используемый в настоящей заявке термин "усредненный" относится к чистому потоку, т.е. полному восходящему потоку без учета попятного течения или обратного потока, в целом типичного для поведения псевдоожиженных частиц.
Применимое рабочее давление в реакторе для дегидрирования понимается в широком смысле при условии обеспечения возможности оптимизации в различных вариантах реализации, в которых процесс согласно настоящему изобретению применен к заводу, модернизированному на основании применимой экономики, обеспеченной любым известным оборудованием, которое будет использоваться для модернизации. Это безусловно находится в пределах общего понимания квалифицированного специалиста-практика. В целом, давление может колебаться от 6,0 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 44,7 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (psia) (примерно от 41,4 кПа до 308,2 кПа), но для большинства вариантов реализации, включающих в себя дегидрирование углеводородных фракций C3 и C4, предпочтительным является использование более узкого выбранного диапазона от 15 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 35 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от примерно 103,4 кПа до примерно 241,3 кПа), более предпочтительно от 15 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 30 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от примерно 103,4 кПа до примерно 206,8 кПа), еще более предпочтительно от 17 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 28 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от примерно 117,2 кПа до примерно 193,1 кПа) и наиболее предпочтительно от 19 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 25 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от примерно 131,0 кПа до примерно 172,4 кПа).
Среднечасовая скорость подачи сырья (WHSV) для процесса дегидрирования в целях удобства может составлять от примерно 0,1 фунта (0,045 кг) до примерно 100 фунтов (45,4 кг) углеводородного сырья в час на 1 фунт (0,454 кг) катализатора в реакторе (сырье в фунтах (кг) в час/катализатор в фунтах (кг)). Например, если реактор содержит нижнюю часть, которая работает в качестве быстрого реактора с псевдоожижением или реактора с турбулентным потоком, и верхнюю часть, которая работает в качестве лифт-реактора, приведенная скорость газового потока может составлять от примерно 2 футов в секунду (примерно 0,61 м/сек) до примерно 80 фут/сек (примерно 24,38 м/с), предпочтительно от примерно 3 фут/сек (примерно 0,91 м/с) до 10 фут/сек (примерно 3,05 м/с) в нижней части реактора и от 30 фут/сек (примерно 9,14 м/с) до примерно 70 фут/сек (примерно 21,31 м/с) в верхней части реактора. В альтернативных, но менее предпочтительных вариантах реализации реактор, конструкция которого полностью соответствует типу лифт-реактора, может работать с одиночной высокой приведенной скоростью газового потока, составляющей, например, согласно некоторым вариантам реализации по меньшей мере 30 фут/сек (примерно 9,15 м/с) по всему реактору.
В реакторе для дегидрирования отношение каталитического исходного материала к углеводородному сырью составляет от примерно 2 до примерно 100 в весовом соотношении. Согласно конкретному варианту реализации в реакторе для дегидрирования пропана это отношение составляет от примерно 5 до примерно 40, более предпочтительно от примерно 10 до примерно 36 и наиболее предпочтительно от примерно 12 до примерно 24.
Следует отметить, что в вариантах реализации, таких как двухкомпонентный реактор, описанный выше, поток катализатора составляет предпочтительно от примерно 1 фунт на кв. фут-секунда (4,89 кг/м2-сек) до примерно 20 фунтов на кв. фут-секунда (97,7 кг/м2-сек) в нижней части реактора и от примерно 10 фунтов на кв. фут-секунда (48,9 кг/м2-сек) до примерно 200 фунтов на кв. фут-секунда (489 кг/м2-сек) в верхней части реактора. В реакторе с нисходящим потоком может быть использован поток катализатора выше чем примерно 200 фунтов на кв. фут-секунда, но в целом это не является предпочтительным. Специалисты могут соответственно регулировать поток катализатора на основании среднечасовой скорости подачи сырья (WHSV) и отношения количества каталитического исходного материала к количеству углеводородного сырья.
Если устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами используется в качестве камеры сгорания, одна часть по меньшей мере частично деактивированного катализатора передается устройству для контактирования текучей среды с твердыми компонентами согласно одному варианту реализации, и эта часть по меньшей мере частично деактивированного катализатора нагревается до температуры от 500°C до 850°C для сжигания кокса, осаждающегося на катализаторе, с использованием тепла, генерируемого сгоранием непосредственно кокса и дополнительного топлива нагревание, причем результатом этого нагревания является дополнительно деактивированный катализатор (в случае дегидрирования, но не в случае использования в соединении с крекингом с псевдоожиженным катализатором или переработкой метанола в олефины).
Для случая, в которых устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами используется в качестве камеры сгорания в процессе дегидрирования, частично деактивированный катализатор нагревают до температуры по меньшей мере 660°C, но не более чем 850°C, предпочтительно от 700°C до 770°C и более предпочтительно от 720°C до 750°C. Опять же, в случае реактора для дегидрирования предпочтительно камера сгорания, которая служит частью области регенерации и в которой будет сжигаться кокс (т.е. окисляться кислородосодержащим газом) для образования CO2, содержит нижнюю секцию, работающую в качестве быстрого реактора с псевдоожиженным слоем, реактора с турбулентным или кипящим слоем, и верхнюю секцию, работающую в качестве лифт-реактора. Это позволяет камере сгорания работать с усредненным потоком катализатора и газа, перемещающихся одновременно в верхнем направлении. Согласно данному варианту реализации внутренние элементы имеют решающее значение для разрушения пузырей и облегчения смешивания топлива, воздуха и катализатора. Согласно еще одному возможному варианту реализации, разработанному вместо вышеописанного для обеспечения усредненного потока катализатора в нижнем направлении и усредненного потока газа в верхнем направлении, устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами представляет собой быстрый реактор с псевдоожиженным, турбулентным или кипящим слоем. Независимо от варианта реализации, тепло для регенеративного сгорания получается из сочетания сжигания осаждаемого кокса, т.е. непосредственно кокс вырабатывает тепло в результате реакции окисления, и сжигания дополнительного топлива для процессов, которые не вырабатывают достаточно кокса для ведения реакции в реакторе. Используемый в настоящей заявке термин "дополнительное" топливо означает топливо, отличающееся от непосредственно кокса.
Среднечасовая скорость подачи сырья (WHSV) для такого процесса в камере сгорания в целях удобства может составлять от примерно 0,1 фунта (0,0454 кг) до примерно 100 фунтов (45,4 кг) воздуха + топливное сырье в час на фунт катализатора в камере сгорания. Например, если камера сгорания содержит нижнюю часть, которая работает в качестве быстрого реактора с псевдоожижением или турбулентным потоком, и верхнюю часть, которая работает в качестве лифт-реактора, приведенная скорость газового потока в ней может составлять от примерно 1 фут в секунду (примерно 0,3 м/сек) до примерно 80 фут/сек (примерно 24,38 м/сек), предпочтительно от примерно 2 фут/сек (примерно 0,61 м/сек) до 10 фут/сек (примерно 3,05 м/сек) в нижней части реактора и от 20 фут/сек (примерно 6,09 м/сек) до примерно 70 фут/сек (примерно 21,31 м/сек) в верхней части камеры сгорания. Согласно альтернативным, но менее предпочтительным вариантам реализации камера сгорания, конфигурация которой полностью соответствует типу лифт-реактора, может работать с одиночной высокой приведенной скоростью газового потока, составляющей, например, согласно некоторым вариантам реализации по меньшей мере 30 фут/сек (примерно 9,15 м/сек) по всей камере.
Следует отметить, что в некоторых вариантах реализации, таких как двухкомпонентная камера сгорания, описанная выше, поток катализатора предпочтительно составляет от примерно 1 фунт на кв. фут-секунда (4,89 кг/м2-сек) до примерно 20 фунтов на кв. фут-секунда (97,7 кг/м2-сек) в нижней части камеры сгорания и от примерно 10 фунтов на кв. фут-секунда (48,9 кг/м2-сек) до примерно 200 lb/ft2-s (977 кг/м2-сек) в верхней части камеры сгорания. В камере сгорания с нисходящим потоком может быть использован поток катализатора выше чем примерно 200 фунтов на кв. фут-секунда (977 кг/м2-сек), но в целом данный вариант реализации не является предпочтительным. Специалисты могут соответствующим образом регулировать поток катализатора на основании среднечасовой скорости подачи сырья (WHSV) и отношения количества каталитического исходного материала к количеству воздуха/дополнительного топливного сырья.
Давление в камере сгорания колеблется от 15 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (103,5 кПа) до 50 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (344,7 кПа) и более предпочтительно от 25 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (172,5 кПа) до 40 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (276 кПа).
Если устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами используется в качестве каталитического кондиционера, нагретый дополнительно деактивированный катализатор подвергают этапу кондиционирования, который включает в себя выдерживание нагретого дополнительно деактивированного катализатора при температуре по меньшей мере 660°C (для процесса дегидрирования) или по меньшей мере 500°C (для крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC) или переработки метанола в олефины) с одновременной обработкой нагретого дополнительно деактивированного катализатора потоком кислородосодержащего газа в течение определенного периода времени.
Кондиционирование также происходит в регенерационной области процесса и может быть завершено в зоне реактивирования, содержащей, например, быстрый псевдоожиженный, турбулентный или кипящий слой. Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации конструкция зоны реактивирования обеспечивает возможность усредненного потока катализатора в нижнем направлении и усредненного потока газа в верхнем направлении, т.е. потоков, используемых в соответствующих камерах сгорания, но также возможны и другие конструкции. Этот этап кондиционирования в процессе дегидрирования олефина может включать в себя выдерживание нагретого, дополнительно деактивированного катализатора при температуре по меньшей мере 660°C, но не более чем 850°C, предпочтительно от 700°C до 770°C и более предпочтительно от 720°C до 750°C с одновременным подверганием катализатора действию потока кислородосодержащего газа. Кондиционирование в случае необходимости выполняется таким образом, что усредненное время нахождения катализатора в кислородсодержащем газе составляет более чем две минуты. Согласно одному варианту реализации регенерированный катализатор может быть десорбирован с использованием газа, который содержит не более чем 0,5 мольных процентов кислорода, для удаления кислородсодержащих молекул газа, расположенных между частицами катализатора и/или в частицах катализатора.
Приведенная скорость газового потока в устройстве согласно настоящему изобретению при его использовании в качестве каталитического кондиционера может составлять 0,05-4 фут/сек (0,015-1,216 м/сек) или в качестве альтернативы 0,05-2 фут/сек (0,015-0,608 м/сек), или в качестве альтернативы 2-4 фут/сек (0,608-1,216 м/сек), или в качестве альтернативы 0,1-1 фут/сек (0,0304-0,304 м/сек), или в качестве альтернативы 0,2-0,5 фут/сек (0,061-0,152 м/сек).
Поток катализатора в устройстве согласно настоящему изобретению при его использовании в качестве каталитического кондиционера составляет 0,1-20 фунтов на кв. фут-секунда (0,489-97,8 кг/м2-сек) или в качестве альтернативы 0,1-10 фунтов на кв. фут-секунда (0,489-48,9 кг/м2-сек), или в качестве альтернативы 10-20 фунтов на кв. фут-секунда (48,9-97,8 кг/м2-сек), или в качестве альтернативы 0,5-5 фунтов на кв. фут-секунда (2,445-24,45 кг/м2-сек).
Давление в устройстве согласно настоящему изобретению при его использовании в качестве каталитического кондиционера колеблется в пределах от 15 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 50 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от 103,5 кПа до 344,7 кПа) или в качестве альтернативы от 15 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 32 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от 103,5 кПа до 220,8 кПа), или в качестве альтернативы от 33 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 50 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от 227,7 кПа до 344,7 кПа), или в качестве альтернативы от 25 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 40 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от 172,5 кПа до 276 кПа).
Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами также может использоваться в качестве реактора-стриппера. В случае такого применения поток катализатора в устройстве составляет 5-50 фунтов на кв. фут-секунда (24,45-244,5 кг/м2-сек) или в качестве альтернативы 5-25 фунтов на кв. фут-секунда (24,45-122,25 кг/м2-сек), или в качестве альтернативы 25-50 фунтов на кв. фут-секунда (122,25-244,5 кг/м2-сек), или в качестве альтернативы 10-40 фунтов на кв. фут-секунда (48,9-195,6 кг/м2-сек). Приведенная скорость газового потока в реакторе-стриппере составляет 0,1-4 фут/сек (0,03-1,216 м/сек) или в качестве альтернативы 0,1-2 фут/сек (0,03-0,608 м/сек), или в качестве альтернативы 2-4 фут/сек (0,608-1,216 м/сек), или в качестве альтернативы 0,2-1,5 фут/сек (0,06-0,456 м/сек). Давление для реактора-стриппера составляет от 6,0 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 44,7 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от 41,4 кПа до 308,43 кПа) или в качестве альтернативы от 6 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 25 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от 41,4 кПа до 172,5 кПа), или в качестве альтернативы от 25 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 44,7 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от 172,5 кПа до 308,43 кПа), или в качестве альтернативы от 15 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления до 35 фунтов на кв. дюйм абсолютного давления (от 103,5 кПа до 241,5 кПа). Температура в реакторе-стриппере колеблется от 400°C до 750°C или в качестве альтернативы от 400°C до 575°C, или в качестве альтернативы от 575°C до 750°C, или в качестве альтернативы от 450°C до 650°C.
Настоящее изобретение может быть реализовано в других формах без отступления от принципа и существенных признаков изобретения, и соответственно ссылка должна быть выполнена не на предшествующее описание, а на пункты приложенной формулы, которые определяют объем охраны настоящего изобретения.
1. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами, содержащее:
резервуар;
решетчатую конструкцию, содержащую одну или более решетчатых ступеней, каждая из которых содержит множество решетчатых сборочных секций, причем каждая решетчатая сборочная секция содержит нижнюю платформу и каркасную конструкцию, проходящую в верхнем направлении от двух противоположных сторон нижней платформы;
основание, образованное из конструктивных элементов, на которое опирается решетчатая конструкция, причем основание содержит среднюю часть и три или более плеч, проходящих в наружном направлении от средней части; и
три или более кронштейнов, прикрепленных к внутренней поверхности резервуара и разнесенных друг от друга, выполненных с возможностью поддержки плеч основания и выполненных с обеспечением возможности теплового расширения и сжатия.
2. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 1, в котором основание образовано из двутавровых балок и имеет среднюю часть, которая является закрытой геометрической формой, и три или более плеч, прикрепленных одним из концов к средней части, причем плечи по существу разнесены по существу на равные расстояния друг от друга по периметру средней части.
3. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 1, в котором диагональная опора и верхняя направляющая секция выполнены с возможностью приема нижней платформы одной из множества решетчатых сборочных секций.
4. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 3, в котором средняя часть основания является круглой.
5. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 1, в котором основание прочно прикреплено к нижней платформе самой нижней решетчатой сборочной секции.
6. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 1, в котором решетчатые сборочные секции в решетчатой ступени прикреплены друг к другу таким образом, что они образуют единый элемент для сопротивления перемещению из-за псевдоожижающих сил.
7. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 1, для которого приведенная скорость газового потока в открытой области резервуара меньше чем 8 фут/сек (2,44 м/сек).
8. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 1, которое является реактором, камерой сгорания, каталитическим кондиционером или каталитическим десорбером.
9. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 8, в котором реактор, камера сгорания, каталитический кондиционирующий резервуар или каталитический десорбер применяются в процессе дегидрирования с использованием этана, пропана, бутана, n-бутана, изобутана, изобутена, n-бутена, этилбензола или кумена в качестве исходного сырья или комбинации вышеперечисленного.
10. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 9, которое является реактором или камерой сгорания и обеспечивает условия для прямого восходящего потока.
11. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 9, которое является каталитическим кондиционером или каталитическим десорбером и обеспечивает условия для противотока.
12. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 1, в котором каждая решетчатая сборочная секция содержит по меньшей мере одну решетчатую платформу.
13. Устройство для контактирования текучей среды с твердыми компонентами по п. 12, в котором решетчатая платформа содержит по меньшей мере одно из решетки типа решетки, используемой в метро, шевронных элементов, уплотняющих конструкций или другой конструкции, которая загораживает открытую область.
