Распределитель катализатора и транспортного газа

Авторы патента:

Сиднев Владимир Борисович (RU)

Качалов Дмитрий Васильевич (RU)

Кужин Анатолий Васильевич (RU)

Шуткин Андрей Сергеевич (RU)

Рогозина Нина Павловна (RU)

Рубец Антон Игоревич (RU)

C07C5/333 - каталитические способы

B01J8/18 - с псевдоожиженными частицами

Владельцы патента RU 2767249:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Ярсинтез" (ОАО НИИ "Ярсинтез") (RU)

Изобретение относится к области нефтехимии и органического синтеза. Распределитель катализатора и транспортного газа в реакторе и/или регенераторе дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ или синтеза бутадиена из этанола с кипящим слоем катализатора и секционирующими решетками включает расположенную по оси ректора и/или регенератора вертикальную транспортную трубу, соединенную с установленным соосно на ее верхнем торце расширителем, соединенным со спускными стояками, нижние торцы которых расположены в верхней части кипящего слоя катализатора. При этом расширитель выполнен в виде усеченного конуса, на нижнем торце каждого спускного стояка установлен отбойный диск, а в стенке каждого стояка выполнены прорези, начинающиеся от нижнего торца стояка. Распределитель характеризуется определенными соотношениями размеров конструктивных элементов. Техническим результатом является повышенная эффективность, простота в изготовлении и надежность в работе. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к области нефтехимии и органического синтеза, в частности, к устройству для эффективного распределения мелкодисперсного катализатора в системе реактор / регенератор процессов дегидрирования парафиновых углеводородов С3÷С5 или синтеза бутадиена из этанола.

Известен распределитель катализатора и транспортного газа, используемый в системе реактор-регенератор процессов дегидрирования парафиновых углеводородов С3÷С5 с кипящим слоем мелкозернистого катализатора, включающий вертикальную транспортную трубу для подачи катализатора транспортирующим газом и установленный соосно с трубой на ее верхнем конце конусообразный расширитель, соединенный трубами со спускными стояками (Патент РФ №2 301 107 от 18.10.2005, опубл. 20.06.2007 Бюл.№17).

В этом случае подача циркулирующего катализатора и транспортного газа осуществляется через выпускные торцы спускных стояков в несколько локальных точек. При этом повышенные плотность катализатора и скорость газа в этих точках и пониженные - в остальном сечении аппарата на уровне расположения торцов стояков способствуют неравномерному распределению катализатора по сечению аппарата, приводят к повышенному эрозионному износу верхней секционирующей решетки в местах расположения выпускных торцов спускных стояков, локальным перегревам этих мест, увеличению коксообразования и терморазложения продуктов реакции. Пониженная плотность катализатора в остальном сечении аппарата способствует возникновению флуктуаций плотности и уровня кипящего слоя и повышенному уносу катализатора.

Наиболее близким к предлагаемому является распределитель катализатора и транспортного газа для системы реактор-регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов С₃÷С₅ с кипящим слоем катализатора и секционирующими решетками, содержащий расположенную по оси реактора и/или регенератора вертикальную транспортную трубу с восходящим потоком смеси катализатора и транспортного газа, соединенную с установленным соосно с трубой на ее верхнем торце расширителем, соединенным соединительными трубами с вертикальными спускными стояками с нисходящим потоком смеси катализатора и транспортного газа. Нижние торцы спускных стояков расположены в верхней части кипящего слоя. Расширитель состоит из цилиндрического корпуса с верхним и нижним днищами, соединительные трубы верхними торцами соединены с отверстиями, расположенными в цилиндрической части корпуса и/или в нижнем днище, а к нижнему торцу каждого спускного стояка прикреплен соосно стояку смеситель в виде верхнего диска, окружающего отверстие стояка, и на расстоянии от него - нижнего диска ((Патент РФ 2 652 195 от 04.07.2017, опубл. 25.04.2018 Бюл. №12).

Использование специального смесителя позволяет увеличить эффективность работы распределителя, однако его недостатком является сложность и ненадежность конструкции, связанная с необходимостью крепить друг к другу верхний и нижний диски смесителя для образования кольцевой щели между ними. Кроме того, использование цилиндрического корпуса расширителя приводит к резкому снижению скорости газового потока и катализатора на выходе из транспортной трубы, что способствует образованию застойных зон, вихреобразованию и обратному перемешиванию катализатора и газа, возрастанию сопротивления и усилению эрозионного воздействия циркулирующего катализатора.

Целью настоящего изобретения является увеличение эффективности работы предлагаемого распределителя катализатора и контактного газа для системы реактор-регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов С₃÷C₅ или синтеза бутадиена из этилового спирта, достигаемое за счет:

- равномерного распределения катализатора по сечению аппарата для эффективного ведения процессов;

- снижения количества транспортного газа для циркуляции катализатора;

- снижения потерь целевых продуктов при терморазложении и увеличения их выходов;

- упрощения конструкции и повышения ее надежности.

Для достижения указанной цели предлагается распределитель катализатора и транспортного газа для системы реактор-регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов С₃÷C₅ или синтеза бутадиена из этанола с кипящим слоем катализатора и секционирующими решетками, включающий расположенную по оси ректора и/или регенератора вертикальную транспортную трубу, соединенную с установленным соосно на ее верхнем торце расширителем, соединенным со спускными стояками, нижние торцы которых расположены в верхней части кипящего слоя катализатора, при этом на нижнем торце каждого спускного стояка установлен отбойный диск, а в стенке каждого стояка выполнены прорези, начинающиеся от нижнего торца стояка, при этом соотношение суммы площадей сечений прорезей и площади сечения спускного стояка составляет от 1,0 до 3,0.

Прорези в стенках спускных стояков могут быть выполнены прямоугольными, овальными или полукруглыми.

Расширитель предпочтительно выполнять в виде усеченного конуса с углом между образующими от 15° до 45° и отношением диаметра верхнего основания к диаметру нижнего основания от 1,5 до 3,5.

Отбойные диски на нижних торцах спускных стояков могут быть выполнены с твердосплавной наплавкой, поверхность которой может иметь горизонтальную или скругленную форму или форму конуса с углом образующей конуса от 5 до 45° от горизонтальной поверхности диска.

Угол наклона спускных стояков от вертикали находится в диапазоне 10÷40°. При этом стояки могут включать нижнюю вертикальную часть.

Предпочтительно отношение суммарной площади поперечных сечений всех спускных стояков к площади поперечного сечения транспортной трубы составляет 0,8÷1,2.

На Фиг. 1 представлен возможный вариант предлагаемого распределителя катализатора и транспортного газа для системы реактор-регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов C₃÷C₅ или синтеза бутадиена из этанола.

Распределитель включает вертикальную транспортную трубу 1 для подачи катализатора транспортным газом и соединенный с ней соосно конусообразный расширитель 2, заканчивающийся верхней крышкой 3. С расширителем 2 верхними торцами соединяются спускные стояки 4,5 с нисходящим потоком мелкодисперсного катализатора и транспортирующего газа. Стояки могут содержать в нижней части вертикальные участки 6,7. Нижние торцы спускных стояков располагаются в кипящем слое катализатора. На этих торцах установлены отбойные диски 9. На стенках спускных стояков 4,5 выполнены прорези 8, начинающиеся от нижнего торца стояка. Отбойные диски 9 могут иметь твердосплавную наплавку 10, поверхность которой может быть горизонтальной или скругленной формы, или быть выполнена в виде конуса с углом образующей конуса от 5 до 45° от горизонтальной поверхности диска. Верхняя крышка расширителя 3 также может иметь твердосплавную наплавку 11.

Распределитель работает следующим образом:

Восходящий пылегазовый поток циркулирующего катализатора и транспортного газа поступает по транспортной трубе 1 в конусообразный расширитель 2. При этом происходит плавное снижение скорости потока за счет плавного увеличения сечения конусообразного распределителя. Процесс характеризуется безотрывным течением пылегазовой смеси, отсутствием турбулентного перемешивания и вихреобразования, что способствует минимальному сопротивлению расширителя. Далее часть пылегазового потока за счет пониженной скорости течения без отрыва пограничного слоя от стенки расширителя меняет направление и поступает непосредственно в стояки 4, 5, а часть потока, отражаясь от крышки 3 распределителя 2, меняет направление движения и также поступает в стояки 4,5.

При этом использование прорезей 8 в стенках стояка позволяет снизить сопротивление выходных отверстий для газа и катализатора по сравнению с открытыми торцами спускных стояков той же длины за счет уменьшения скорости потока газа и мелкодисперсного катализатора при увеличении сечения прорезей в стенках спускного стояка. Отбойные диски улучшают распределение смеси катализатора и газа на выходе из каждого стояка.

Предпочтительно в предлагаемом распределителе использовать конический расширитель с заявленными характеристиками, что позволяет в совокупности с другими заявляемыми признаками существенно снизить сопротивление всего распределителя. В конечном итоге это приводит к сокращению количества газа, подаваемого на транспорт катализатора, позволяет исключить как застойные зоны, так и турбулентные потоки, что снижает эрозионное воздействие пылегазовых потоков и увеличивает надежность и срок службы распределителя. Кроме того, представленный компактный распределитель катализатора конструктивно имеет уменьшенную горячую поверхность конического расширителя по сравнению с цилиндрическим расширителем, что позволяет минимизировать его время контакта с полученными в результате реакции олефинами и/или бутадиеном, склонными к поликонденсации и коксообразованию при высоких температурах. Такое решение позволяет снизить терморазложение целевых продуктов, уменьшить образование кокса и тем самым увеличить селективность и эффективность процесса.

Для устойчивости от эрозионного воздействия потока катализатора и газа отбойные диски могут иметь твердосплавную наплавку 10, поверхность которой может быть горизонтальной или скругленной формы, или быть выполнена в виде конуса с углом образующей конуса от 5 до 45° от горизонтальной поверхности диска, а верхняя крышка также может иметь твердосплавную наплавку 11.

Для улучшения стекания катализатора и транспортного газа угол наклона спускных стояков 4,5 от вертикали находится в диапазоне 10-40°. Спускные стояки в нижней части могут содержать вертикальные участки 6,7.

Заявляемое отношение суммарной площади поперечных сечений всех спускных стояков к площади поперечного сечения транспортной трубы позволяет достичь преимущественно ламинарного течения пылегазового потока. Такой характер течения катализатора и газа в конусообразном расширителе приведенной конструкции и спускных стояках, исключающий возникновение турбулентных потоков и обратной циркуляции, значительно снижает коэффициент сопротивления расширителя и пылеспускных стояков. Пылегазовая смесь катализатора и транспортного газа, равномерно распределяясь в пылеспускных стояках 4,5, с минимальным сопротивлением потоку за счет угла наклона стояков 4,5 поступает к их нижним торцам и к отбойным дискам, где отражаясь, меняет свое направление на преимущественно горизонтальное и выходит из прорезей в стенках стояков. При использовании совокупности заявляемых признаков (наличие прорезей, отбойных дисков и определенное соотношение площадей сечений прорезей и стояков) такое конструктивное решение позволяет эффективно распылять газ и катализатор через прорези 8, отражая пылегазовою смесь катализатора и транспортного газа от отбойного диска горизонтально верхней секционирующей решетке и равномерно распределять ее по всему сечению аппарата.

При этом предлагаемая конструкция является простой в изготовлении и достаточно надежной в эксплуатации. Все это в совокупности способствует повышению эффективности и улучшению технико-экономических показателей процесса.

1. Распределитель катализатора и транспортного газа для системы реактор - регенератор дегидрирования парафиновых углеводородов С₃-С₅ или синтеза бутадиена из этанола с кипящим слоем катализатора и секционирующими решетками, включающий расположенную по оси реактора и/или регенератора вертикальную транспортную трубу, соединенную с установленным соосно на ее верхнем конце расширителем, соединенным со спускными стояками, нижние торцы которых расположены в верхней части кипящего слоя катализатора, отличающийся тем, что расширитель выполнен в виде усеченного конуса, на нижнем торце каждого спускного стояка установлен отбойный диск, а в стенке каждого спускного стояка выполнены прорези, начинающиеся от нижнего торца стояка, при этом соотношение суммы площадей сечений прорезей и площади сечения спускного стояка составляет от 1,0 до 3,0.

2. Распределитель по п. 1, отличающийся тем, что прорези в стенках спускных стояков выполнены прямоугольными, овальными или полукруглыми.

3. Распределитель по пп. 1, 2, отличающийся тем, что расширитель выполнен в виде усеченного конуса с углом между образующими конуса от 15 до 45° и отношением диаметра верхнего основания к диаметру нижнего основания от 1,5 до 3,5.

4. Распределитель по пп. 1-3, отличающийся тем, что отбойные диски на нижних торцах спускных стояков выполнены с твердосплавной наплавкой, поверхность которой имеет горизонтальную, или скругленную форму, или форму конуса с углом образующей конуса от 5 до 45° от горизонтальной поверхности диска.

5. Распределитель по пп. 1-4, отличающийся тем, что угол наклона спускных стояков от вертикали находится в диапазоне 10÷40°.

Изобретение относится к способам переработки потоков химических реагентов. Описаны способы переработки потоков химических реагентов, включающие в себя: управление первым химическим процессом, включающее в себя приведение в контакт первого сырьевого потока с первым катализатором в реакторе, при этом указанный реактор включает в себя входную секцию реактора, работающую в режиме реактора с быстрым псевдоожиженным, турбулентным или кипящим слоем, и выходную секцию реактора, работающую в режиме реактора с восходящим потоком разбавленной фазы, причем входная секция реактора имеет среднюю площадь поперечного сечения, составляющую по меньшей мере 150% от средней площади поперечного сечения выходной секции реактора, и при этом приведение в контакт первого сырьевого потока с первым катализатором вызывает первую реакцию, в процессе которой образуется первый поток продукта; остановку первого химического процесса и удаление первого катализатора из реактора; а также управление вторым химическим процессом, включающее в себя приведение в контакт второго сырьевого потока со вторым катализатором в реакторе, при этом приведение в контакт второго сырьевого потока со вторым катализатором вызывает вторую реакцию, в которой образуется второй поток продукта; при этом: первая реакция представляет собой реакцию дегидрогенизации, реакцию крекинга, реакцию дегидратации или реакцию превращения метанола в олефины; вторая реакция представляет собой реакцию дегидрогенизации, реакцию крекинга, реакцию дегидратации или реакцию превращения метанола в олефины; а также первая реакция и вторая реакция являются реакциями разного типа.

Способ и установка для производства олефинов // 2764129

Изобретение относится к получению этилена. Описан способ производства этилена, в котором этан в исходной реакционной смеси частично каталитически превращают путем окислительного дегидрирования в присутствии кислорода с получением газообразной первой смеси компонентов, содержащей по меньшей мере этан, этилен, уксусную кислоту и воду, при этом по меньшей мере часть газообразной первой смеси компонентов подвергают операции промывки промывающей жидкостью с получением жидкой второй смеси компонентов, содержащей воду и уксусную кислоту, причем первую часть второй смеси компонентов используют для формирования промывающей жидкости, а вторую часть второй смеси компонентов подвергают экстракции растворителем с получением жидкой третьей смеси компонентов, содержащей по меньшей мере один органический растворитель и уксусную кислоту, и тем, что по меньшей мере часть жидкой третьей смеси компонентов нагревают и подвергают перегонке с получением жидкости, преимущественно или исключительно содержащей уксусную кислоту, причем нагревание третьей смеси компонентов или ее части, подвергнутой перегонке, осуществляют по меньшей мере частично в условиях теплообмена с первой смесью компонентов и/или с первой и/или со второй частью второй смеси компонентов.

Способ получения олефиновых углеводородов в кипящем слое пылевидного алюмохромового катализатора // 2759288

Изобретение относится к способу получения олефиновых углеводородов дегидрированием парафиновых углеводородов в кипящем слое пылевидного алюмохромового катализатора, циркулирующего в системе, включающей реактор с секционирующими решетками, регенератор и узел распределения катализатора и транспортного газа, содержащий расположенный в реакторе и регенераторе вертикальный катализаторопровод для направления смеси катализатора и транспортного газа восходящим потоком с расположенным на его верхнем торце расширителем с отверстиями, соединенными с вертикальными спускными стояками, торцы которых расположены в верхней части кипящего слоя катализатора, для направления смеси катализатора и транспортного газа нисходящим потоком.

Интегрированный способ дегидрирования c3-c4 углеводородов // 2755979

Изобретение относится к интегрированному способу получения олефинов С3-С4 или С4-диолефинов, включающему следующие стадии: (1)(а) приведение в контакт в реакторе дегидрирования с псевдоожиженным слоем (i) C3-C4-углеводородного сырья и (ii) потока катализатора, содержащего катализатор; в условиях, обеспечивающих образование смеси продуктов стадии (1)(а), содержащей целевой С3-С4-олефин или целевой С4-диолефин, водород и непрореагировавшее С3-С4-углеводородное сырье; и осаждение кокса на указанном катализаторе и по меньшей мере частичное дезактивирование указанного катализатора таким образом, что он образует по меньшей мере частично дезактивированный катализатор; и (b) перенос смеси продуктов стадии (1)(а) и указанного по меньшей мере частично дезактивированного катализатора из указанного реактора дегидрирования с псевдоожиженным слоем в систему циклонной сепарации и в условиях, обеспечивающих преобразование указанной смеси продуктов стадии (1)(а) с получением смеси продуктов стадии (1)(b); после чего указанную смесь продуктов стадии (1)(b) и указанный по меньшей мере частично дезактивированный катализатор по существу отделяют друг от друга; (с) перенос по меньшей мере части указанного по меньшей мере частично дезактивированного катализатора в емкость регенератора и нагревание указанного по меньшей мере частично дезактивированного катализатора в нем до температуры горения, составляющей от примерно 660°С до примерно 850°С с выжигом кокса, осажденного на указанном по меньшей мере частично дезактивированном катализаторе, при этом при указанном нагревании образуется нагретый дополнительно дезактивированный катализатор, обладающий меньшей активностью к дегидрированию С3-С4-углеводородного сырья, чем указанный по меньшей мере частично дезактивированный катализатор, и (d) кондиционирование указанного нагретого дополнительно дезактивированного катализатора, включающее выдерживание указанного нагретого дополнительно дезактивированного катализатора при температуре по меньшей мере 660°С в потоке кислородсодержащего газа в течение более 2 минут, с получением кислородсодержащего по меньшей мере частично реактивированного катализатора, обладающего большей активностью к дегидрированию С3-С4 углеводородного сырья, чем указанный по меньшей мере частично дезактивированный катализатор; и (e) перенос указанного по меньшей мере частично реактивированного катализатора обратно в указанный реактор дегидрирования с псевдоожиженным слоем.

Способ каталитического окисления и способ получения сопряженного диена // 2753508

Изобретение относится к способу каталитического окисления, осуществляющему реакцию каталитического окисления с использованием трубчатого реактора в присутствии молибденового сложнооксидного катализатора, в котором: слой молибденового соединения, содержащий соединение молибдена, и слой сложнооксидного катализатора, содержащий молибденовый сложнооксидный катализатор, расположены в данном порядке со стороны отверстия подачи сырьевого материала трубчатого реактора, и при потоке смешанного газа при температуре 440°С, состоящего из композиции, содержащей 75 об.% воздуха и 25 об.% водяного пара, возгоняемое количество молибдена (мкг/н.л) молибденового соединения оказывается больше, чем возгоняемое количество молибдена (мкг/н.л) молибденового сложнооксидного катализатора, при этом температура слоя молибденового соединения в реакции каталитического окисления ниже на 3-50°C, чем температура слоя катализатора, температура слоя молибденового соединения в реакции каталитического окисления ниже на 0-40°C, чем температура реакции, молибденовое соединение содержит щелочной металл или щелочноземельный металл.

Цеолитный катализатор дегидрирования пропана и способ получения пропилена с использованием этого катализатора // 2751703

Группа изобретений относится к цеолитсодержащим материалам и их использованию в качестве катализаторов. Предложен катализатор дегидрирования пропана на основе модифицированного платиной, оловом и щелочным металлом алюмосиликатного цеолита структуры MFI с мольным отношением SiO2/Al2O3 от 25 до 130, содержащего 0,25-0,75% платины, 0,5-2,0% олова.

Способ получения пористого керамического каталитического конвертера и способ получения α-метилстирола с его использованием // 2750423

Изобретение относится к области получения широковостребованных мономеров для производства синтетических каучуков и, более конкретно, к способу получения α-метилстирола путем дегидрирования кумола. Предложен способ получения пористого керамического каталитического конвертера путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из алюмосодержащей шихты, содержащей мас.%: α-Аl2О3 - 85-95; MgO - 1-5; SiC - 5-9, с формованием пористой керамической трубки, в котором на поверхности трубки золь-гель методом формируют дополнительный промежуточный слой γ-Аl2О3, после чего наносят каталитически активные компоненты, последовательно пропитывая поверхность трубки водными растворами карбоната калия и нитрата церия, а затем раздельно наносят водно-спиртовые растворы комплексов NBu4ReO4 и (NH4)6W12O39⋅H2O, и прокаливают трубку в токе воздуха ступенчато увеличивая температуру с получением каталитического конвертера дегидрирования этилбензола в α-метилстирол.

Способ получения пористого керамического каталитического конвертера и способ получения стирола с его использованием // 2750322

Изобретение относится к области получения широко востребованных мономеров для производства синтетических каучуков, и более конкретно к способу получения стирола путем дегидрирования этилбензола. Предложен способ получения пористого керамического каталитического конвертера путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из алюмосодержащей шихты, содержащей мас.%: α-Al2O3 - 85-95; MgO - 1-5; SiC - 5-9, с формованием пористой керамической трубки, в котором на поверхности трубки золь-гель методом формируют дополнительный промежуточный слой γ-Al2O3, после чего наносят каталитически активные компоненты, последовательно пропитывая поверхность трубки водными растворами карбоната калия и нитрата церия, а затем раздельно наносят водно-спиртовые растворы комплексов NBu4ReO4 и (NH4)6W12O39⋅H2O, и прокаливают трубку в токе воздуха ступенчато увеличивая температуру с получением каталитического конвертера дегидрирования этилбензола в стирол.

Способ осуществления реакции кислородсодержащего регенерированного катализатора перед его применением в реакторе с псевдоожиженным слоем // 2750216

Предложен способ осуществления реакции потока кислородсодержащего регенерированного катализатора перед его применением в реакторе с псевдоожиженным слоем, включающий: регенерацию потока отработанного катализатора для получения потока регенерированного катализатора, который содержит регенерированный катализатор и по меньшей мере 0,001 мас.% кислорода относительно общей массы потока регенерированного катализатора; приведение потока регенерированного катализатора во взаимодействие с источником топлива при температуре от по меньшей мере 400°С и в течение времени реакции от 0,1 до 60 секунд, что приводит к образованию оксидов и снижению содержания кислорода в потоке регенерированного катализатора, с получением потока регенерированного катализатора с минимизированным содержанием кислорода; и подачу потока регенерированного катализатора с минимизированным содержанием кислорода в реактор с псевдоожиженным слоем, содержащий углеводород.

Способ каталитического дегидрирования // 2747925

Изобретение относится к способу каталитического дегидрирования, включающему: каталитическое дегидрирование углеводородного сырья в присутствии катализатора дегидрирования в псевдоожиженном слое реактора каталитического дегидрирования с получением потока продукта, включающего использованный катализатор и по меньшей мере один дегидрированный углеводород; отделение использованного катализатора от газообразных компонентов потока продукта; подачу использованного катализатора в реакторную секцию для псевдоожижения рециркулированного катализатора и в отпарную секцию, отдельную от секции для псевдоожижения катализатора; в секции для псевдоожижения катализатора смешивается псевдоожижающий газ, который включает метан, природный газ, этан, водород, азот или любую их комбинацию с потоком использованного катализатора, направляемого в секцию для псевдоожижения катализатора, с образованием потока рециркулированного катализатора; в отпарной секции контактирует отпарной газ с использованным катализатором, направляемым в отпарную секцию с получением отпаренного использованного катализатора; рециркуляцию потока рециркулированного катализатора либо напрямую, либо косвенно в псевдоожиженный слой реактора каталитического дегидрирования; и подачу по меньшей мере части отпаренного использованного катализатора для регенерации согласно представленному способу.

Сепараторная система лифт-реактора // 2762038

Группа изобретений относится к устройствам и способам для сепарации газообразной смеси от потока частиц. Устройство содержит реакционную и сепараторную емкости.