Устройство для каталитического риформинга углеводородов с распределителем потока и способ риформинга углеводородов
Изобретение относится к реактору с радиальным потоком (8), содержащему: нереакционную зону (31, 41, 51, 71, 102); реакционную зону (30, 40, 50, 70), расположенную под нереакционной зоной (31, 41, 51, 71, 102), и отделенную от нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102) пластиной (128); входной канал (110) для потока углеводородного сырья в нереакционной зоне (31, 41, 51, 71, 102); и выходной канал (112) для вытекающего потока в нереакционной зоне (31, 41, 51, 71, 102), выходной канал (112) сообщается по текучей среде с реакционной зоной (30, 40, 50, 70). При этом входной канал (110) расположен между выходным каналом (112) и реакционной зоной (30, 40, 50, 70). Также изобретение относится к способу. Предлагаемое изобретение позволяет эффективно и действенно распределять технологический газ в нереакционной зоне, поддерживая при этом соответствующий перепад давления текучих сред, протекающих в ней. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится в целом к устройству и способу каталитического риформинга углеводородов, а более конкретно к устройству и способу повышения выхода из такого устройства.
Предпосылки создания изобретения
Риформинг сырьевых нефтепродуктов является важным способом получения полезных продуктов. Например, процессы риформинга могут быть использованы для разделения и повышения качества углеводородов для получения транспортного топлива, например, для получения потока сырьевой нафты и повышения октанового числа нафты при производстве бензина. Кроме того, углеводороды в потоках сырья из источников сырой нефти можно также использовать для получения необходимых химических прекурсоров, предназначенных для применения в производстве пластиков, моющих средств и других продуктов. Соответственно, риформинг можно применять для получения необходимых химических прекурсоров.
Способ каталитического риформинга известен в данной области. Основные протекающие реакции включают в себя дегидрирование нафтенов в ароматические соединения, дегидроциклизацию парафинов, изомеризацию парафинов и нафтенов, гидрокрекинг парафинов в легкие углеводороды и образование кокса, который осаждается на катализаторе. Образование кокса на катализаторе приводит к тому, что со временем катализатор постепенно теряет активность. Соответственно, катализатор требуется регенерировать и/или заменять. Крайне желательной является непрерывная транспортировка катализатора из реактора и в него.
Как правило, в таком реакторе углеводородное сырье и газ, обогащенный водородом, предварительно нагревают и подают в зону риформинга, содержащую обычно от двух до пяти последовательных реакторов. Продукт из первого реактора отбирается, нагревается и подается во второй реактор. Продукт из второго реактора отбирается, повторно нагревается и подается в третий реактор. Отбор и повторное нагревание продукта продолжаются до последнего реактора, и такую схему обычно называют радиальным потоком. Продукт из последнего реактора отбирается и направляется на дальнейшую переработку.
Исходное сырье/частично преобразованные выходящие потоки зачастую подаются в систему реакторов через нереакционные секции. Катализатор протекает вниз через нереакционные секции по трубопроводам так, чтобы исключать контакт с потоками сырья/частично конвертированного продукта. Это пустое пространство требуется для соблюдения требований к гидравлической системе в некоторых реакторах. В других реакторах пространство требуется для проверки, обслуживания и ремонта реактора. Пустое пространство содержит механические части, такие как трубки для переноса катализатора, механические опоры и технологические линии. Для входящего потока это вызовет набегание потока, что приведет к неравномерному распределению технологического газа по окружности реактора. В конечном итоге это приводит к более низким выходам и более низкому использованию реакционной зоны.
Таким образом, существует постоянная потребность в разработке решений, которые эффективно и действенно распределяют технологический газ в нереакционной зоне, поддерживая при этом соответствующий перепад давления текучих сред, протекающих в ней.
Изложение сущности изобретения
Изобретены реакторы для риформинга углеводородов и процесс их использования. В отличие от обычных реакторов, в различных вариантах осуществления настоящего изобретения выпускное сопло расположено над впускным соплом. Более конкретно, в традиционной конструкции реактора впускное сопло обычно располагается выше (т. е. в более высоком вертикальном положении), чем выпускное сопло. Это создает большую область нереакционного объема в конической части реактора. Однако в различных аспектах настоящего изобретения впускное сопло перемещается ближе к слою катализатора, что уменьшает подъем впускного сопла и позволяет изобретению дополнительно уменьшать горячий объем не только в конусе, но также во впускной трубке. При этом выпускное сопло перемещается над впускным соплом и над горизонтальным распределителем отрывного потока, перекрывая сверхгорячее объемное пространство в нереакционной зоне. Таким образом, в этой конфигурации выходное колено под углом расположено за пределами секции нереакционной зоны, где входящий пар поступает в реактор, позволяя входящему пару расширяться симметрично и равномерно распределяться по стоякам каналов, что потенциально устраняет необходимость в дополнительном распределительном устройстве. Такая конфигурация не приводит к падению давления при сохранении надлежащего распределения газа по слою катализатора. Поскольку эта конструкция не увеличивает перепад давления, снижение перепада давления можно использовать для уменьшения нереакционного объема в другом месте.
В раскрытых реакторах и способах сохраняется требуемое пространство, необходимое для гидравлики или технического обслуживания, но минимизируется или уменьшается объем пространства, доступного для потоков исходного сырья/частично преобразованных выходящих потоков. Настоящая конфигурация неожиданно снижает степень турбулентности технологического газа в нереакционной секции реактора, в то же время обеспечивая достаточное распределение технологического газа в нереакционной секции.
Таким образом, настоящее изобретение может быть охарактеризовано, по меньшей мере, в одном аспекте как предоставление реактора с радиальным потоком, включающего: нереакционную зону; реакционную зону, расположенную ниже нереакционной зоны и отделенную от нереакционной зоны пластиной; входной канал для потока углеводородного сырья в нереакционной зоне; и выходной канал для вытекающего потока в нереакционной зоне, при этом выходной канал сообщается по текучей среде с реакционной зоной. Входной канал расположен между выходным каналом и реакционной зоной. Нереакционная зона может быть разделена на первый участок и второй участок с помощью распределителя потока. Входной канал может быть расположен во втором участке нереакционной зоны. Выходной канал может быть расположен в первом участке нереакционной зоны. Распределитель потока может представлять собой горизонтальный распределитель потока. Распределитель потока может представлять собой угловой распределитель потока. Распределитель потока может содержать множество секций, каждая из которых имеет, если смотреть сверху, форму сектора кольцевого пространства. Реактор с радиальным потоком может содержать входной канал для потока продувочного газа, причем входной канал для потока продувочного газа может быть расположен в первом участке нереакционной зоны. Распределитель потока может содержать отверстие для обеспечения протекания газа из первого участка нереакционной зоны во второй участок нереакционной зоны. Выходной канал может находиться в сообщении по текучей среде с реакционной зоной через центральную трубу, а центральная труба может иметь изменяющийся диаметр в нереакционной зоне. Изменение диаметра центральной трубы может включать как увеличение диаметра, так и уменьшение диаметра.
Во втором аспекте настоящее изобретение может быть по существу охарактеризовано как обеспечение реактора с радиальным потоком, содержащего: нереакционную зону, разделенную на верхний участок и нижний участок распределителем потока; реакционную зону, расположенную ниже нереакционной зоны, причем реакционная зона представляет собой зону реакции с радиальным потоком; входной канал для потока углеводородного сырья в нижнем участке нереакционной зоны; и выходной канал для выходящего потока в верхнем участке нереакционной зоны, выходной канал, сообщающийся по текучей среде с реакционной зоной с центральной трубой. Распределитель потока может представлять собой горизонтальный распределитель потока. Распределитель потока может представлять собой угловой распределитель потока. Распределитель потока может содержать множество секций, каждая из которых имеет, если смотреть сверху, форму сектора кольцевого пространства. Ширина входного канала может быть по существу равна высоте нижнего участка нереакционной зоны. Верхний участок нереакционной зоны может включать входной канал для продувочного газа. Распределитель потока может содержать отверстие для обеспечения протекания газа из верхнего участка нереакционной зоны к нижнему участку нереакционной зоны.
В третьем аспекте настоящее изобретение может быть охарактеризовано в широком смысле как предоставление процесса риформинга углеводородов в реакторе путем: введения через входной канал потока углеводородов в нереакционную зону реактора, при этом нереакционная зона реактора разделена на верхний участок и нижний участок распределителем потока; пропускание углеводородов из углеводородного потока из нижнего участка нереакционной зоны в реакционную зону реактора; пропускание частиц катализатора в реакционную зону, причем частицы катализатора удерживаются в секции катализатора в пределах реакционной зоны; пропускание углеводородов через секцию катализатора в радиальном направлении; пропускание выходящего потока из реакционной зоны через нижний участок нереакционной зоны реактора к верхнему участку нереакционной зоны; и извлечение через выходной канал вытекающего потока из нереакционной зоны реактора, причем выходной канал расположен над входным каналом. Способ может дополнительно включать: нагнетание потока продувочного газа в верхний участок нереакционной зоны реактора; и пропускание продувочного газа из потока продувочного газа из верхнего участка нереакционной зоны к нижнему участку нереакционной зоны.
Дополнительные аспекты, варианты осуществления и подробные сведения об изобретении, которые можно комбинировать любым образом, представлены в приведенном ниже подробном описании изобретения.
Подробное описание графических материалов
Один или более примеров осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже вместе с приведенными ниже графическими материалами, в которых:
на Фиг. 1 показан реактор в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения;
на Фиг. 2 показан вид сбоку в разрезе части реактора в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения;
на Фиг. 3 показан вид сбоку в разрезе части другого реактора в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения;
на Фиг. 4 показан вид сбоку в разрезе части еще одного реактора в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения; и
на Фиг. 5 представлен вид сверху распределителя потока, используемого в реакторе в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения.
Как упоминалось выше, изобретены реакторы и процессы риформинга углеводородов, в которых, в отличие от обычных реакторов, выпускное сопло расположено над впускным соплом. Кроме того, может быть предусмотрен распределитель потока для разделения нереакционной зоны на две секции. В соответствии с настоящими аспектами распределение потока из нереакционной зоны в реакционную зону может быть улучшено на 2–4%. С учетом перечисленных общих принципов один или более вариантов осуществления настоящего изобретения будут описаны с учетом того, что приведенное ниже описание не носит ограничительного характера.
Со ссылкой на Фиг. 1, настоящее изобретение относится к реактору риформинга 8 для потока 12 углеводородного сырья. Поток 12 углеводородного сырья обычно содержит нафтены и парафины, кипящие в интервале кипения бензиновой фракции. Предпочтительные потоки 12 сырья включают в себя прямогонные нафты, нафты термического или каталитического крекинга, частично риформированные нафты, рафинаты в результате экстракции ароматических соединений и т.п. Как правило, такие потоки 12 сырья подвергаются гидроочистке для удаления загрязняющих веществ, в особенности серы и азота. Потоки 12 сырья в интервале кипения бензиновой фракции могут представлять собой неочищенную нафту, имеющую начальную температуру кипения 40–70°C и конечную температуру кипения в пределах диапазона 160–220°C, или могут представлять собой ее отдельную фракцию. Поток 12 сырья можно нагревать в нагревателе 10 сырья и пропускать в реактор 8 риформинга вместе с катализатором по линии 9 транспорта катализатора.
Условия эксплуатации, используемые для процессов риформинга, обычно включают в себя абсолютное давление, выбранное из диапазона 100–7000 кПа (14,5–1015 фунтов/кв. дюйм) или 350–4250 кПа (51–616 фунтов/кв. дюйм). Считается, что особенно хорошие результаты можно получить при низком давлении, а именно при абсолютном давлении 350–2500 кПа (51–363 фунта/кв. дюйм). Условия образования включают температуру в диапазоне 315–600°C (599–1112 °F) или 425–565°C (797–1049°F). Как известно специалистам в области риформинга, первоначальный выбор температуры в пределах этого широкого диапазона осуществляется преимущественно в зависимости от требуемого октанового числа риформата продукта с учетом характеристик потока сырья и катализатора.
Условия риформинга в соответствии с настоящим изобретением также, как правило, включают в себя достаточное количество водорода для обеспечения количества 1–20 моль водорода на моль углеводородного сырья, поступающего в зону риформинга, при этом улучшенные результаты достигаются при использовании 2–10 моль водорода на моль углеводородного сырья. Соответственно, часовая объемная скорость жидкости (LHSV), используемая при риформинге, выбирается из диапазона 0,1–10 ч-1 или 1–5 ч-1.
В каталитическом риформинге обычно используется многофункциональный каталитический композит, который содержит металлический компонент катализатора гидрирования-дегидрирования на пористом носителе из неорганического оксида, обеспечивающем кислотные центры для крекинга и изомеризации. Бóльшая часть катализатора риформинга представлена в форме сфер или цилиндров, имеющих средний диаметр частиц или средний диаметр поперечного сечения 1,59–4,76 мм (1/16–3/16 дюйма). Каталитические композиты, содержащие платину на носителе из высокочистого глинозема или цеолита, известны специалистам в данной области особенно хорошо. В катализатор также могут быть включены металлические модификаторы, повышающие выходы продукта или срок службы катализатора, такие как рений, иридий, олово и германий.
Как показано на Фиг. 1, реактор 8 риформинга содержит последовательность из четырех реакционных зон 30, 40, 50, 70, расположенных в реакторе 8 риформинга вертикально. Это только одна конфигурация, и она не имеет ограничительного характера; для практической реализации настоящего изобретения можно использовать и другие конфигурации. Частицы катализатора поступают через верх реактора 8 риформинга по линии 9 транспорта катализатора и проходят через последовательность реакционных зон 30, 40, 50, 70 под действием силы тяжести. После прохождения через все из реакционных зон 30, 40, 50, 70 частицы катализатора выводятся из нижней части реактора 8 риформинга по одной или более линиям 11 вывода катализатора. Катализатор, выведенный по линиям 11 вывода катализатора, можно подвергнуть регенерации посредством окисления и удаления отложений кокса в зоне регенерации (не показана). После регенерации частицы катализатора можно повторно вернуть в процесс и реактор 8 риформинга по линии 9 транспорта катализатора.
После того как поток 12 сырья нагревается в нагревателе 10 сырья, нагретое сырье 14 можно пропустить в первую реакционную зону 30. Поскольку реакция риформинга является эндотермической, для добавления тепла, чтобы ускорить реакцию катализатора в направлении получения требуемого продукта, используются нагреватели. Таким образом, продукт реакции 32 первого реактора направляют в первый нагреватель 20 для получения нагретого сырья 22 из второго реактора. Продукт 42 второго реактора пропускают в другой нагреватель 60 для получения нагретого третьего сырья 62 реактора. Продукт 52 третьего реактора пропускают в другой нагреватель 80 для получения нагретого четвертого сырья 82 реактора. Продукт 72 четвертого реактора содержит полученный продукт-риформат, который можно извлечь из реактора 8 и направить на дополнительную переработку известным способом. В способах риформинга с неподвижным слоем и непрерывной регенерацией катализатора обычно используются нагреватели для нагрева потоков 14, 22, 62, 82 сырья до повышенной температуры и катализа на металлическом катализаторе в каталитической реакционной зоне с получением продукта, соответствующего требованиям качества по таким характеристикам, как октановое число продукта, выход товарных ароматических соединений и выход товарного водорода.
Как показано на Фиг. 1, подача нагретых потоков 14, 22, 62, 82 сырья и вывод потоков 32, 42, 52, 72 продуктов осуществляются в нереакционных зонах 31, 41, 51, 71. Как можно видеть, некоторые из нереакционных зон 31, 41, 51, 71 расположены между последовательными реакционными зонами 30, 40, 50, 70, причем первая нереакционная зона 31 расположена между первой реакционной зоной 30 и зоной 90 введения катализатора. Зона 90 введения катализатора может содержать зону восстановления. В зоне восстановления окисленный катализатор из секции регенерации катализатора (не показана) восстанавливается до восстановленного состояния для оптимальной производительности. Альтернативно зона 90 введения катализатора может содержать зону выравнивания потока катализатора, в которой обеспечивается выравнивание потока катализатора.
Нереакционные зоны 31, 41, 51, 71, как правило, функционируют в качестве зоны распределения, в которой катализатор по существу отсутствует. В этих нереакционных зонах 31, 41, 51, 71 имеется значительное количество трубопроводов и фитингов, которые вызывают дисбаланс потока, турбулентность и набегание. Кроме того, верхняя секция нереакционной зоны обычно имеет большой вихревой поток, при котором технологический газ накапливает турбулентность. Эта нежелательная турбулентность вызывает неравномерное распределение в реакционной зоне, более высокий перепад давления и, как следствие, снижение выхода реакции.
Размер или объем нереакционных зон 31, 41, 51, 71 обычно определяется требованиями по доступу персонала для выполнения работ по техническому обслуживанию и установки внутренних устройств реактора. Кроме того, размер нереакционных зон 31, 41, 51, 71 также определяется требованием к гидравлической системе для надлежащей транспортировки потока катализатора между верхним резервуаром, содержащим катализатор, таким как зона 90 введения катализатора или реакционная зона 30, 40, 50, и другой реакционной зоной 30, 40, 50, 70. Эти требования по существу определяют размер нереакционных зон 31, 41, 51, 71, и размер зачастую превышает требуемый размер или объем для надлежащего распределения сырья с целью достижения равномерного потока. Внутреннее оборудование в этой секции создает сильное набегание потока, что вызывает дисбаланс потока. Как правило, объем нереакционных зон 31, 41, 51, 71 определяет время пребывания нагретых потоков 14, 22, 62, 82 сырья в нереакционных зонах 31, 41, 51, 71.
Настоящее изобретение направлено на эффективное и действенное равномерное распределение технологического газа в реакционные зоны 30, 40, 50, 70 через нереакционные зоны 31, 41, 51, 71, которые занимает сырье (или промежуточный выходящий поток), и уменьшение дисбаланса потока в реакционных зонах 30, 40, 50, 70. За счет уменьшения нереакционного объема, с которым контактирует технологический газ, снижается турбулентность и улучшается распределение потока по окружности.
Обращаясь к Фиг. 2–4, показан участок реактора 88, который включает зону 100 источника катализатора, нереакционную зону 102 и реакционную зону 104. Зона 100 источника катализатора может содержать зону 90 введения катализатора (с Фиг. 1) или реакционную зону 30, 40, 50 (с Фиг. 1) в зависимости от числа реакционных зон 104 и типа реактора 88. Трубопроводы или трубы для транспортировки катализатора 106 переносят катализатор из зоны 100 источника катализатора через нереакционную зону 102, так что катализатор изолируется от любых реагентов в нереакционной зоне 102. Выходы 108 для трубопроводов 106 расположены внутри реакционной зоны 104.
Как указано выше, для равномерного распределения пара (от потоков 14, 22, 62, 82 на Фиг. 1) в реакционную зону 104, впускное сопло 110 подачи в нереакционную зону 102 расположено ближе к реакционной зоне 104, чем в традиционных конструкциях. Соответственно, выпускное сопло 112 (для потоков 32, 42, 52, 72 на Фиг. 1) расположено дальше от реакционной зоны 104, чем в обычных конструкциях. Таким образом, в настоящих вариантах осуществления впускное сопло 110 подачи расположено между выпускным соплом 112 и реакционной зоной 104.
Кроме того, нереакционная зона 102 разделена на два участка, первый или верхний участок 114 и второй или нижний участок 116 распределителем 118 потока, который может представлять собой лопасть, пластину, перегородку или другие подобные конструкции, направляющие поток. Распределитель 118 потока может поддерживаться кольцами 120, 122. Более конкретно, распределитель 118 потока поддерживается наружным опорным кольцом 120, приваренным к внутренней поверхности оболочки 124 реактора, и внутренним опорным кольцом 122, прикрепленным к центральной трубе 126 (или другой выходной трубе реактора) внутри реактора 88. Соединения на внутреннем и наружном опорном кольце 120, 122 должны быть способны выдерживать радиальное и осевое тепловое движение между оболочкой 124 реактора и центральной трубой 126 (или другим выпускным трубопроводом реактора). Как отмечено выше, путем перемещения впускного сопла 110 подачи ниже, размер второго участка 116 нереакционной зоны 102 (участок, который принимает сырье от впускного сопла 110 подачи) может быть меньше.
На Фиг. 3 и 4 представлены дополнительные варианты осуществления, в которых технологический газ дополнительно направляется через второй участок 116 нереакционной зоны 102.
На Фиг. 3 впускное сопло 110 подачи расположено таким образом, что оно находится на одной линии в самом верхнем положении с распределителем 118 потока, а самая нижняя часть совмещена с пластиной 128, разделяющей реакционную зону 104 и нереакционную зону 102. В такой конфигурации ширина W1 впускного сопла 110 подачи по существу равна (по меньшей мере 90%) высоте H1 второго участка116 нереакционной зоны 102.
На Фиг. 4 центральная труба 126 имеет скользящий участок 130 с диаметром, который увеличивается и уменьшается внутри второго участка 116 нереакционной зоны 102. Поскольку центральная труба 126 со скользящим участком 130 занимает больше места по сравнению с центральной трубой 126 с постоянным диаметром, объем, который пар может занимать во втором участке 116 нереакционной зоны 102, уменьшается.
Как показано на Фиг. 5, узел 118 распределения потока разделен на секции 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f, которые имеют размеры и выполнены с возможностью установки и извлечения через верхний участок реактора 88 или посредством бокового люка 134 (Фиг. 2–4), который может быть расположен для обеспечения оптимального доступа к внутренним устройствам. Типичные люки 132 имеют диаметр 0,61 метра (24 дюйма), однако размер люка 132 может находиться в диапазоне от 0,46 до 1,22 м (от 18 до 48 дюймов). Как показано, каждая секция 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f распределителя 118 потока, если смотреть сверху, имеет форму сектора кольцевого пространства. Установка/удаление секций 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f распределителя 118 потока через боковой люк 134 упрощает процесс установки, поскольку это не затрагивает других внутренних устройств реактора, что упрощает ремонтные работы. Кроме того, секции 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f сами функционируют как люки, так что работник может снять одну из секций 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f, чтобы пройти через верхний участок 114 нереакционной зоны 102 в нижний участок 116 нереакционной зоны 102 без полного удаления распределителя 118 потока. Эти съемные секции 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f могут быть приварены, скреплены болтами или шарнирными штифтами.
В секции s132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f имеются отверстия 131, позволяющие трубам 106 подачи катализатора проходить через распределитель 118 потока. Соединения 133 между секциями 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f усиливают механическую целостность распределителя 118 потока, а также изолируют второй участок 116 нереакционной зоны 102 от первого участка 114. В соединении 133 могут использоваться либо клиновидные штифты, либо болтовые, либо сварные соединения. Распределитель 118 потока обеспечивает пространство для доступа персонала во время ремонта и может использоваться для поддержки доступа персонала для осмотра, технического обслуживания и установки.
Возвращаясь к Фиг. 2–4, продувочный газ может быть введен через входной канал 136 для продувочного газа в первый участок 114 нереакционной зоны 102. Продувочный газ составляет < 1% от общего технологического потока на входе в реактор 88 и используется для очистки первой части 114 нереакционной зоны 102 и сведения к минимуму закоксовывания. Продувочный газ выходит из первого участка 114 нереакционной зоны 102 и смешивается с остальной частью входящего потока газа либо через маленькое вентиляционное отверстие(-я) 137 в распределителе 118 потока (Фиг. 5), а именно в секциях 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f, через увеличенные отверстия 131 (Фиг. 5) в секциях 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f, через которые будут проходить трубы 106 для подачи катализатора, и/или указанные зазоры, выполненные в стыках 133 (Фиг. 5) между секциями 132а, 132b, 132с, 132d, 132е, 132f. Возможно, целесообразно использовать небольшой механический фитинг (такой как шайба) вокруг перекачивающих труб 106, чтобы уменьшить количество необходимого продувочного газа, а также обеспечить механическую гибкость при тепловом расширении реактора 88.
Продувочный газ содержит газ, имеющий стабильную молекулярную массу при рабочей температуре реактора 88, и может представлять собой, например, инертный газ, такой как галогенид, азот или водородсодержащий газ, содержащий более 70% об. водорода, легких углеводородных фракций (углеводороды C5) и менее 5% об. углеводородов C6, предпочтительно содержащий 80% об. или более водорода и менее 1% об. углеводородов C6. Как показано на Фиг. 1, предполагается, что продувочный газ для нереакционной зоны может содержать часть продукта 32, 42, 52, 72 из реакционной зоны 30, 40, 50, 70, предпочтительно из реакционной зоны, расположенной выше по потоку. Например, как показано со ссылкой на Фиг. 1, часть продукта 52, образованного в третьей реакционной зоне 50 в линии 52a, может использоваться в качестве продувочного газа в нереакционной зоне 71, связанной с четвертой реакционной зоной 70. Использование части продукта 32, 42, 52, 72 сведет к минимуму потребность в применении внешнего продувочного газа, что может быть особенно полезно в сферах применения, в которых изобретение реализуется посредством модернизации существующей установки для риформинга.
Чтобы поток не рассеивался и не занимал первый участок 114 нереакционной зоны 102, второй участок 116 нереакционной зоны 102 предпочтительно поддерживается при более высоком давлении, чем второй участок 116 нереакционной зоны 102 с помощью регулятора перепада давления и регулирующего клапана (не показаны). Управляющий клапан дифференциального давления поддерживает на постоянной основе достаточный расход продувочного газа для постоянного поддержания положительного дифференциального давления между первым участком 114 и вторым участком 116, которое предпочтительно составляет 1,24–68,9 кПа изб. (0,18–10 фунтов/кв. дюйм).
Объединенный газ (подачи и продувки) может поступать в реакционную зону 104 по трубопроводам 138, таким как каналы. См., например, патенты США №№ 5,366,704, 6,224,838 и 7,842,257. Трубопроводы 138 обычно включают в себя перфорированную пластину или экран и распределяют сырье, поступающее в реакционную зону 104. Предпочтительно, чтобы положительное дифференциальное давление между вторым участком 116 нереакционной зоны 102 и трубопроводами 138 составляло 0,2–24 кПа изб. (0,03–3,5 фунта/кв. дюйм). Этот перепад давления позволит второй части 116 нереакционной зоны 102 функционировать в качестве распределительной камеры для подачи через впускное сопло 110 подачи.
Таким образом, в процессе эксплуатации секция 88 реактора может использоваться в способе риформинга углеводородов. В примерном процессе поток углеводородов (либо сырье, либо частично преобразованный выходящий поток) вводят в нереакционную зону 102 через впускное сопло 110 подачи. Нереакционная зона 102 разделена на верхний участок 114 и нижний участок 116 распределителем 118 потока. Углеводороды из сырья пропускают из нижнего участка 116 нереакционной зоны 102 в реакционную зону 104 участка 88 реактора. Частицы катализатора (см. стрелки в зоне 100 источника катализатора) проходят в реакционную зону 104 по трубам 106 подачи катализатора. Частицы катализатора, вытекающие из выходящих каналов 108 для трубопроводов 106, остаются в каталитической секции 140 внутри реакционной зоны 104. Углеводороды проходят в секцию 140 катализатора и через нее в радиальном направлении. В изображенном варианте осуществления показано направление внутрь, но также предполагается, что поток является обратным. Продукт из реакционной зоны проходит внутри центральной трубы 126 через нижний участок 116 нереакционной зоны 102 и через верхний участок 114 нереакционной зоны 102. Вытекающий поток, такой как поток 32, 42, 52, 72 (Фиг. 1), может быть извлечен через выпускное сопло 112 из нереакционной зоны 102 секции 88 реактора.
Как упомянуто выше, способ может также включать впрыск продувочного газа через входной канал 136 для продувочного газа в верхний участок 114 нереакционной зоны 102 секции 88 реактора. Продувочный газ может проходить из верхнего участка 114 нереакционной зоны 102 через вентиляционные отверстия 137, соединения 133 или другие проходы через распределитель 118 потока в нижний участок 116 нереакционной зоны 102. Продувочный газ соединяется с углеводородами в нижнем участке 116 нереакционной зоны 102 и подвергается дальнейшей обработке, как описано выше.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает эффективную и действенную конфигурацию для эффективного и рационального распределения технологического газа через нереакционную зону 102 реактора риформинга.
Специалистам в данной области следует понимать, что на графических материалах не показаны различные другие компоненты, такие как клапаны, насосы, компрессоры, контрольно-измерительные приборы, фильтры, охладители и т. д., поскольку считается, что данные устройства хорошо известны специалистам в данной области и их описание не является необходимым для практической реализации или понимания вариантов осуществления настоящего изобретения.
Любые из упомянутых выше трубопроводов, каналов, блоков, отдельных устройств, сосудов, окружающего пространства, зон и т. п. могут быть оборудованы одним или более компонентами мониторинга, включая датчики, измерительные устройства, устройства считывания данных или устройства передачи данных. Результаты измерения сигналов, процесса или состояния, а также данные от компонентов мониторинга можно использовать для контроля условий внутри технологического оборудования, а также вокруг него и на его поверхности. Сигналы, результаты измерений и/или данные, сгенерированные или зарегистрированные компонентами мониторинга, могут быть собраны, обработаны и/или переданы через одну или более сетей или соединений, которые могут быть защищенными или открытыми, общими или выделенными, прямыми или непрямыми, проводными или беспроводными, шифрованными или без шифрования и/или могут представлять собой их комбинацию (-и); описание не устанавливает никаких ограничений в этом отношении.
Сигналы, измерения и/или данные, сгенерированные или зарегистрированные компонентами мониторинга, могут быть переданы на одно или более вычислительных устройств или систем. Вычислительные устройства или системы могут включать в себя по меньшей мере один процессор и память, хранящую машиночитаемые инструкции, которые при исполнении по меньшей мере одним процессором приводят к выполнению одним или более вычислительными устройствами процесса, который может включать в себя одну или более стадий. Например, одно или более вычислительных устройств могут быть выполнены с возможностью приема от одного или более компонентов мониторинга данных, относящихся к по меньшей мере одному компоненту оборудования, связанного со процессом. Одно или более вычислительных устройств или систем могут быть выполнены с возможностью анализа данных. На основании анализа данных одно или более вычислительных устройств или систем могут быть выполнены с возможностью определения одной или более рекомендованных корректировок для одного или более параметров одного или более процессов, описанных в настоящем документе. Одно или более вычислительных устройств или систем могут быть выполнены с возможностью передачи зашифрованных или незашифрованных данных, которые включают в себя одну или более рекомендуемых корректировок для одного или более параметров одного или более процессов, описанных в настоящем документе.
Конкретные варианты осуществления
Хотя приведенное ниже описание относится к конкретным вариантам осуществления, следует понимать, что настоящее описание предназначено для иллюстрации и не ограничивает объем предшествующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Первый вариант осуществления изобретения представляет собой реактор с радиальным потоком, содержащий нереакционную зону; реакционную зону, расположенную ниже нереакционной зоны и отделенную от нереакционной зоны пластиной; входной канал для потока углеводородного сырья в нереакционной зоне; и выходной канал для вытекающего потока в нереакционной зоне, выходной канал, сообщающийся по текучей среде с реакционной зоной, и причем входной канал расположен между выходным каналом и реакционной зоной. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, где нереакционная зона разделена на первый участок и второй участок распределителем потока. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, где входной канал расположен во втором участке нереакционной зоны. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, где выходной канал расположен в первом участке нереакционной зоны. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, где распределитель потока представляет собой распределитель горизонтального потока. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, где распределитель потока представляет собой угловой распределитель потока. Вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, причем распределитель потока содержит множество секций, каждый из которых имеет, если смотреть сверху, форму сектора кольцевого пространства. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно содержащие входной канал для потока продувочного газа, входной канал для потока продувочного газа расположен в первом участке нереакционной зоны. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, где распределитель потока содержит отверстие, позволяющее продувочному газу течь из первого участка нереакционной зоны во второй участок нереакционной зоны. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, где выходной канал находится в сообщении по текучей среде с реакционной зоной через центральную трубу, при этом центральная труба имеет изменяющийся диаметр в нереакционной зоне. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, где изменение диаметра центральной трубы включает как увеличение диаметра, так и уменьшение диаметра.
Второй вариант осуществления изобретения представляет собой реактор с радиальным потоком, содержащий нереакционную зону, разделенную на верхний участок и нижний участок распределителя потока; реакционную зону, расположенную ниже нереакционной зоны, причем реакционная зона представляет собой зону реакции с радиальным потоком; входной канал для потока углеводородного сырья в нижнем участке нереакционной зоны; и выходной канал для выходящего потока в верхнем участке нереакционной зоны, выходной канал, сообщающийся по текучей среде с реакционной зоной с центральной трубой. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все предыдущие варианты осуществления в этом разделе вплоть до второго варианта осуществления в этом разделе, в которых распределитель потока представляет собой распределитель горизонтального потока. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, где распределитель потока представляет собой угловой распределитель потока. Вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, причем распределитель потока содержит множество секций, каждый из которых имеет, если смотреть сверху, форму сектора кольцевого пространства. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором ширина входного канала по существу равна высоте нижнего участка нереакционной зоны. Вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, где верхний участок нереакционной зоны включает входной канал для продувочного газа. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, в котором распределитель потока содержит отверстие, позволяющее продувочному газу течь из верхнего участка нереакционной зоны в нижний участок нереакционной зоны.
Третий вариант осуществления изобретения представляет собой способ риформинга углеводородов в реакторе, причем способ включает впрыск, через входной канал, углеводородного потока в нереакционную зону реактора, при этом нереакционная зона реактора отделена от верхнего участка и нижнего участка распределителем потока; пропускание углеводородов из углеводородного потока из нижнего участка нереакционной зоны в реакционную зону реактора; пропускание частиц катализатора в реакционную зону, причем частицы катализатора удерживаются в секции катализатора в пределах реакционной зоны; пропускание углеводородов через секцию катализатора в радиальном направлении; пропускание выходящего потока из реакционной зоны через нижний участок нереакционной зоны реактора к верхнему участку нереакционной зоны; и извлечение через выходной канал вытекающего потока из нереакционной зоны реактора, причем выходной канал расположен над входным каналом. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предыдущих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включающий введение потока продувочного газа в верхний участок нереакционной зоны реактора; и пропускание продувочного газа из потока продувочного газа из верхнего участка нереакционной зоны к нижнему участку нереакционной зоны.
Без дополнительной проработки считается, что с помощью предшествующего описания специалист в данной области может в полной мере использовать настоящее изобретение и легко установить основные характеристики настоящего изобретения, чтобы без отступления от сущности и объема изобретения вносить в него различные изменения и модификации и адаптировать его к различным вариантам применения и условиям. Таким образом, предшествующие предпочтительные конкретные варианты осуществления следует рассматривать как исключительно иллюстративные, не накладывающие каких-либо ограничений на остальную часть описания и охватывающие различные модификации и эквивалентные конструкции, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения.
Если не указано иное, в приведенном выше описании все температуры представлены в градусах по шкале Цельсия, а все доли и процентные значения даны по массе.
В приведенном выше подробном описании изобретения был представлен по меньшей мере один пример осуществления, но следует понимать, что существует больше его вариантов. Следует также понимать, что пример осуществления или примеры осуществления являются лишь примерами и не предназначены для ограничения каким-либо образом объема, применимости или конфигурации изобретения. Наоборот, приведенное выше подробное описание предоставит специалистам в данной области удобную концепцию для реализации примера осуществления изобретения, при этом следует понимать, что функции и расположения элементов, описанные в примере осуществления, могут быть различным образом изменены без отступления от объема изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения и ее правовых эквивалентах.
1. Реактор с радиальным потоком (8), содержащий:
нереакционную зону (31, 41, 51, 71, 102);
реакционную зону (30, 40, 50, 70), расположенную под нереакционной зоной (31, 41, 51, 71, 102), и отделенную от нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102) пластиной (128);
входной канал (110) для потока углеводородного сырья в нереакционной зоне (31, 41, 51, 71, 102); и
выходной канал (112) для вытекающего потока в нереакционной зоне (31, 41, 51, 71, 102), выходной канал (112) сообщается по текучей среде с реакционной зоной (30, 40, 50, 70) и
при этом входной канал (110) расположен между выходным каналом (112) и реакционной зоной (30, 40, 50, 70).
2. Реактор с радиальным потоком (8) по п. 1, в котором нереакционная зона (31, 41, 51, 71, 102) разделена на первый участок (114) и второй участок (116) распределителем (118) потока.
3. Реактор с радиальным потоком (8) по п. 2, в котором входной канал (110) расположен во втором участке (116) нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102).
4. Реактор с радиальным потоком (8) по п. 2, в котором выходной канал (112) расположен в первом участке (114) нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102).
5. Реактор с радиальным потоком (8) по п. 2, в котором распределитель (118) потока представляет собой горизонтальный распределитель (118) потока.
6. Реактор с радиальным потоком (8) по п. 2, в котором распределитель (118) потока представляет собой угловой распределитель (118) потока.
7. Реактор с радиальным потоком (8) по п. 2, в котором распределитель (118) потока содержит множество секций (132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132f), каждая из которых имеет, если смотреть сверху, форму сектора кольцевого пространства.
8. Реактор с радиальным потоком (8) по п. 2, дополнительно содержащий входной канал (136) для потока продувочного газа, входной канал (136) для потока продувочного газа размещен в первом участке (114) нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102), и
при этом распределитель (118) потока содержит отверстие для обеспечения протекания газа из первого участка (114) нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102) ко второму участку (116) нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102).
9. Реактор с радиальным потоком (8) по п. 1, в котором выходной канал (112) сообщается по текучей среде с реакционной зоной (30, 40, 50, 70) через центральную трубу (126), и
причем центральная труба (126) имеет изменяющийся диаметр в нереакционной зоне (31, 41, 51, 71, 102).
10. Способ риформинга углеводородов в реакторе (8), включающий:
впрыскивание через входной канал (110) углеводорода в нереакционную зону (31, 41, 51, 71, 102) реактора (8), причем нереакционная зона (31, 41, 51, 71, 102) реактора (8) разделена на верхний участок (114) и нижний участок (116) распределителем потока (118);
пропускание углеводородов из углеводородного потока из нижнего участка (116) нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102) в реакционную зону (30, 40, 50, 70) реактора (8);
пропускание частиц катализатора в нереакционную зону (30, 40, 50, 70, 102), причем частицы катализатора удерживаются в секции (140) катализатора в реакционной зоне (30, 40, 50, 70);
пропускание углеводородов через секцию катализатора (140) в радиальном направлении;
пропускание продукта из реакционной зоны (30, 40, 50, 70) через нижний участок (116) нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102) реактора (8) к верхнему участку (114) нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102); и
извлечение через выходной канал (112) вытекающего потока из нереакционной зоны (31, 41, 51, 71, 102) реактора (8), в котором выходной канал (112) расположен над входным каналом (110).
