Многостадийный способ каталитического превращения углеводородов

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Б, 124 11 4 В 01 3 8/04 ВСг:,; .Э", ВВИДЕ 1 г,1 А ВРЕТЕНИ ПАТЕНТУ т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗ(72) Эллиот Вейнерман, ДональдЭдвард желч и Кеннет Девид Петерс (ПБ)(54)(57) МНОГОСТАДИЙНЫЙ СПОСОБ ХАТАЛИТИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ путем подачи нагретого парообраз.ного углеводородного сырья и водорода в первую из минимум трех эон каталитического реактора, в которуюодновременно вводят частицы катализатора, и дальнейшего продвиженияих под действием веса через каждуюиз последовательных реакционных эон,при этом парообразное углеводородноесырье и водород подают сбоку поперекнаправлению движения падающих частицкатализатора в каждой зоне, потокпродуктов реакции каждой иэ последовательных эон подвергают нагревумежду последовательными реакционными зонами, из последней зоны отбирают реакционный поток для выделениянормального жидкого продукта из обогащенного водородом пара, часть которого возвращают на вход первой реакционной эоны, частицы катализаторапериодически удаляют из последнейреакционной зоны, а свежий или регенерированный катализатор периодически вводят в первую реакционную зону,о л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения. производительностипроцесса, в первую реакционную зонувводят 30-50 мас.Х парообразного углеводородного сырья и водорода с последующим дополнительным снижениемдавления до О, 07-С, 7 атм, 50-70 мас. 7парообразного углеводородного сырьяи водорода также с дополнительнымпонижением давления до 0,07-0,7 атмвводят во вторую реакционную зону,затем потоки продуктов реакции иэпервой и второй реакционных зон объединяют и подают в третью реакционную зону.1 121Изобретение относится к способу многостадийного превращения углеводородного сырья и может быть исполь-, зовано в парофазных системах, в которых реакция превращения в основном является эндотермической, а поток углеводородного реагента совпадает по направлению с движением частиц ,катализатора и является практически радиальным.Целью изобретения является повышение производительности процесса,Сущность способа заключается в .подаче нагретого парообразного углеводородного сырья и водорода в первую иэ минимум трех зон каталитического реактора, в которую одновременно вводят частицы катализатора, и дальнейшего продвижения их под действием веса через каящую иэ последовательных реакционных эон, при этом парообразное углеводородное сырье и водород подают сбоку поперек направ лению движения падающих частиц катализатора в каждой зоне, поток продуктов реакции каждой иэ последовательных зон подвергают нагреву между последовательными реакционными зонами, из последней эоны отбирают реакционный поток для выделения нормального жидкого продукта иэ обогащенного водорода пара, часть которого воз вращают на вход первой реакционной зоны, частицы катализатора периодически удаляют из последней реакционной зоны, а свежий или регенерирован ный катализатор периодически вводят в первую реакционную зону, в которую также вводят 30-50 мас.Е парообразного углеводородного сырья и водорода, с последующим дополнительным снижением давления до 0,07-0,7 атм, 50-70 мас,Х парообразного углеводо.родного сырья и водорода также с до" полнительным понижением давления до0,07-0,7 атм вводят во вторую реакционную зону, затем потоки продуктовреакции иэ первой и второй реакцион ных зон объединяют и подают в третьюреакционную зону.Предлагаемый способ пригоден дляиспользования в многоступенчатыхсистемах превращения углеводородов,в которых частицы катализатора могут перемещаться под действием силы тяжести через все реакционные зоны. Изобретение предназначено для использования в таких системах реакторов, в которых основные реакции яв 8530 2лявтся эндотермическими и проводятся в паровой фазе. Область применения изобретения не ограничиваетсякаталитическим реформингом фракцийс температурами кипения в интервалекипения нафты. При каталитическомреформинге слой катализатора имеетвид нисходящей колонны в одной илиболее реакционных камерах. Обычноиспользуют сферические катализаторы с номинальным диаметром 0,8 -4,0 мм, чтобы обеспечить свободноепересыпание, при котором не образуются мостики или блоки в нисходящейколонне или колоннах катализаторавнутри всей системы.В одной иэ таких многоступенчатых систем реакционные камеры расположены вертикально одна над другой,и по трубопроводам относительно небольшого диаметра 1 количество трубопроводов от б до 15) частицы катализатора перемещаются из одной реакционной зоны в следующую, ниже расположенную реакционную зону (под дей.ствием силы тяжести) и удаляютсяиз последней реакционной зоны. Затем частицы катализатора транспортируют в верхнюю часть приспособлениядля регенерации катализатора, которое также Функционирует с нисходящейколоннои частиц,регенерированные частицы катализатора транспортируют вверхнюю часть верхней реакционнойэоны в шахте. Чтобы создать и облегчить движение потока под действиемсилы тяжести внутри каждой реакционной камеры, так же как и при переходе из одной зоны в другую, особенно 40важно, чтобы частицы катализатораимели относительно небольшой номинальный диаметр (менее 4,0 мм),В конверсионной системе с отдельными реакционными зонами, расположенными одна возле другой, в которых движение происходит под действием сил тяжести, камеры для транспортировки катализатора используют дляпереноса частиц из нижней части одной зоны в верхнюю часть последующей 5 О зоны, и из последней реакционнойзоны в верхнюю часть устройства длярегенерации.Каталитический реформинг углеводородов, кипящих в интервале кипениянафты в парофазных операциях осуществляют при температуре слоя катализатора 371 - 549 С, давлении4,4 - б 9 атм, объемной скорости жид 3кости в час (определенной как объемсвежего сырья в час на объем всехчастиц катализатора) 0,2-10,0 и молярном отношении водорода к углеводороду от 0,5:1,0 до 10,0:1,О. Системы реформинга с непрерывной регенерацией отличаются рядом преимуществ по сравнению с системами снеподвижным слоем: возможностью эффективно работать при относительнонизких давлениях (4,4-14,6 атм) иболее высокими температурами катализатора на входе (510 - 543 С).Реакции каталитического реформинга включают дегидрирование нафтеновдо ароматических углеводородов, дегидроциклизацию парафинов до ароматических углеводородов, гидрокрекингпарафинов с длинными цепями в низкокипящие, обычно жидкие материалы иизомеризацию парафинов. Эти реакциипроводят с использованием одного илиболее благородных металлов 7111 группы например, платины, иридия, родня,палладия) в соединении с галоидом,например хлором и (или) фтором ипористого материала носителя (окисиалюминия). Предпочтительным является одновременное использование каталитического модификатора (кобальта,никеля, галлия, германия, олова,рения, ванадия или их смеси). Независимо от выбранной композиции катализатора необходимо создать потокчастиц катализатора вниз через систему.Каталитический реформинг обычноимеет несколько ступеней, в каждой из которых находится различное количество катализатора. Реагент, водород и углеводородное сырье последовательно протекают через реакционные зоны для увеличения объема катализатора с промежуточным нагревом.В систему с тремя реакционными зонами обычно эа.ружают катализатор следующим образом; в первую - 10 - 307,во в-;орую - 20 - 40 , в третью - 40 - 607. В реакционной системе с четырьмя реакционными зонами загрузки катализатора следующие: в первой зоне - 5 - 157, во второй - 15 - 257, в третьей - 25 - 353, в четвертой - 35 - 50%. Неравномерное распределение катализатора облегчает распределение реакций, а также общей теплоты реакции.Отложение частиц катализатора у . перфорированной центральной трубы 1248530 4происходит, во-первых, из-за высокойскорости движения пара в горизонтальном направлении через кольцеобразнуюзону, заполненную катализатором, при 5чем этот нежелательный эффект возрастает по мере уменьшения площади поперечного сечения и толщины слоя катализатора. Поэтому в многоступенчатыхсистемах каталитического реформингаэтот эффект наиболее ярко выраженв первой и второй реакционных зонахс наименьшей площадью поперечногосечения, несколько меньше он в треть.ей реакционной зоне и еще меньшев четвертой реакционной зоне иэ-забольшей ее высоты и большей площадипоперечного сечения. Разделение потока реагентов (свежего углеводородного сырья и рециклиэованного водо 2 б рода) служит для уменьшения массы,протекающей через каждую из первыхреакционных зон. Относительные количества должны составлять 30- 50 мас.Едля первой реакционной зоны и 50 -70 мас.7. для второй реакционной зоны.Ограничение потока, вытекающегоиз первой реакционной зоны, вместес ограничением потока реагента, вводимого во вторую зону, обеспечивает30перепад давления от первой зоны квторой. В системе превращения, состоящей иэ четырех реакционных зон,поток, вытекающий иэ третьей реак-.ционной зоны, ограничивают передвведением в четвертую реакционнуюЗ 5 зону. Ограничения потоков, вытекающих из различных реакционных зон,можно осуществить любым способом,результатом которого является дополнительное увеличение перепада давле 40 ния для всей системы реактора от0,07 до 0,7 атм для каждого ограничения.Ограничение потока свежего сырьяи водорода, поступающих во вторую45 зону, приводит к дополнительномуувеличению перепада давлений от0,07 до 0,7 атм. Ограничения потокаможно осуществлять за счет использо вания трубок Вентури, регулировочных50 вентилей, диафрагм с отверстиямии т.д., причем для работы в парофаэных системах предпочтительны диафраг"мы с отверстиямиОтложение катализатора у перфо 55 рированной центральной трубы является функцией двух независимых величин:массового расхода пара и плотностипаров, которые протекают в гориэон 5 12 тальном направлении через кольцеобразный слой катализатора и через пер форированную центральную трубу. Для снижения или исключения отложения катализатора для заданной конструкции потока свежего сырья скорость рециклизованного газа, богатого водородом поступающего в систему, следует снизить. При этом, однако, снижается общий массовый поток в данной реакционнол зоне, что, в свою очередь, снижает перепад давления в системе реактора. При этом снижается эффективное давление в начальной реакционной зоне, в которой отложения катализатора наиболее вели"- ки и представляют наибольшие затруд" нения, при этом происходит соответствующее снижение плотнссти пара. Использование ограничительных циафрагм (или других подходящих при.способлений) увеличивает перепад давления в цепи реактора, что повышает давление в первой реакционной :.оне и, следовательно, плотность паров. Более высокая плотность пара вЕдет к меньшему отложению каталиэат;р; И".пользование ограничительных диафра . приводит также к бсльшемупотоку реь "лиэоеачного газа что снижает отло чие углеродсоцержащего материала в реген.рационной загрузке, расположенной в присгособлении для регенерации. Кроме тоге, конечная реакционная зона работает при более низком давлении, что приводит к более благоприятному выходу жидкости. Предпочтительно, чтобы отраничительные диафрагмы располагались выше промежуточных нагревателей реакционных зон для того, чтобы снизить рабочее давление нагреватепя и повысить скорость потока вытекающего из реактора в трубах наг.,;.ва: теля. Все -.,то приводит к снижению потока в первой и во второй реакцион ных зонах, повышает плотность пара и перепад давлений во всей системе реактора и уменьшает образование застойных зон катализатора.На чертеже представлена установка для осуществления предлагаемого способа,Уст одеряФт реактор 1 шахт нс,, верхней реакционной эо-" промежуточными зонами".1 и нижней реакционной зоной 1 Ч,расположенными одна над другой, Их48530размеры таковы., что по длине и площади поперечного сечения кольцеобразнаго слоя катализатора распределение полного объема катализатора составляет 10(зона 1),15% (зона 11), 257, (зона 111) и 50% (зона 1 Ъ).При бесперебойной работе частицы свежего или регенерированного катализатора вводят через трубопровод 2 и 10 ходное отверстие 3 в верхнюю частьзоны 1, далее под действием силытяжести они последовательно поступают в реакционные зоны 11, 111 и 1 Ч,затем их удаляют из реакционной системы через выходные отверстия 4 итрубопроводы 5. Удаленные частицыкатализатора можно транспортироватьв непрерывно функционирующую зонурегенерации (не показана) или можнохранить до тех пор, пока накопитсяколичество., достаточно для периодической регенерации. Скорость потокакатализатора через систему реактора1 шахтного типа, или промежуток вре мани, необходимый цля того, чтобычастицы катализатора загруженные в систему прошли четверную зонуи были удалены для регенерации, определяется скоростью регенерации, Ско 3 В рость удаления катализатора или регенерационную загрузку можно регулировать, изменяя рабочие параметры принепрерывной работе системы. Сырье с температурой кипения в интервале кипения нафты загружают по линии б и смешивают с обогащенной воцородом паровой фазой, поступающей по линии 7. После теплообмена с одним или более технологическими потоками с высокой температурой смесь проходит через нагреватель 8, где ее температура повышается далее чтобы достичь нужной температуры на входе в слой катализатора в реакционных зонах 1 и 11. Приблизительно бОЕ н ггретого потока реагента, перемет:ающегося по ликии 9. отклоняется по линии 10, в которой имеется дисковая диафрагма ;1, и через диафрагму поступает в реакционную зону 11, остальные 40% потока по линии 9 поступают в реакционную зону 1, Выходящий .;з первой зоны поток по линии 12, на -,;сгорай установлена дисковая диафраг. ма. 13, смешивают с пстоком который по линии 14, выходит из реакиионнои зоны 11. В данном случае дисковая диафрагма 1 рассчитана примерно на1248530 ь Н,Ка ижмар ставит ска Редактор М,Ци ектор С,Шекм ехред акаэ 4143 6 одпис Тираж 527ударственного комитета СССР изобретений и открытий Ж, Раушская наб., д. 4 ВНИИПИ Го по делам 113035, Москвроектная,риятие, г, Ужгор 0,54 атм, а дисковая диафрагма 13примерно на 0,27 атм. Это обеспечивает перепад давления между реакционными зонами 1 и 11 для предотвращения поступления пара в обратном направлении и для обеспечения перемещения катализатора из одной эоны вдругую,Смесь потоков; вытекающих из зон1 и 11 по линии 12, поступает в промежуточный нагреватель 15, в .котором ее температура повышается доуровня, необходимого для слоя катализатора на входе в реакционную зону 11. Нагретый поток поступает в 15зону 11 по линии 16. Поток, выходящий из реакционной зоны 111 по линии 17, в котором имеется ограничительная диафрагма 18, рассчитаннаяна 0,41 атм, поступает в нагреватель 2019, откуда по линии 20 подается внижнюю реакционную зону 1 Ч.Реакционный продукт, вытекающийиэ нижней каталитической зоны 1 Ч,отводят по линии 21 и используют 25в.качестве теплоносителя для предварительного подогрева свежего сырьяи рециклиэованного водорода в линии 6Вытекающий продукт проходит через Производственно-полиграфическое холодильник 22, где происходит охлаждение и конденсация при температуре 16 - 60 С, и полученная смесь по линии 23 поступает в разделитель ную зону,.сепаратора 24. Парообразный продукт с высоким содержанием водороца отводят по линии 7 для полной или частичной рециклизации, по линиям 7 и 6 в самую верхнюю реакционную зону 1 и в промежуточную зону 11, а избыток водорода удаляют иэ процесса по линии 25 со скоростью регулируемой давлением. Обычный жид кий пРодукт отводят по линии 26 и подают в соответствующие устройства для фракционирования (не показаны).Вытекающий продукт можно разделять с использованием сепараторов низкого и высокого давления. Парообразный продукт из сепаратора низкого давления сжимают и подают в холодильник высокого давления, и в смеси с жидким продуктом, полученным на выходе иэ сепаратора низкого давления. Затем полученную смесь вводят в сепаратор высокого давления, иэ которого выделяют рециклизованную паровую фазу с высоким содержанием водорода и обычный жидкий продукт.