Многостадийный способ каталитического превращения углеводородов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU „„12485 (50 4 В 01 3 8/04 списочник изовгеткния

И flATEHTV

ИБЛМ1г . А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2658303/23-26 (22) 28.08.78 (31) 828803 (32) 29.08.77 (33) US (46) 30.07.86. Бюл. N - 28 (71) ЮОП ИНК (US) (72) Эллиот Вейнерман, Дональд

Эдвард желч и Кеннет Девид Петерс (US) (53) 66.097(088.8) (56) Патент СИА М- 3647680, кл.208-65, 1972, (54)(57) МНОГОСТАДИЙНЫЙ СПОСОБ ХАТАЛИТИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ путем подачи нагретого парообразного углеводородного сырья и водорода в первую из минимум трех эон каталитического реактора, в которую одновременно вводят частицы катализатора, и дальнейшего продвижения их под действием веса через каждую из последовательных реакционных эон, при этом парообразное углеводородное сырье и водород подают сбоку поперек направлению движения падающих частиц катализатора в каждой зоне, поток продуктов реакции каждой иэ последовательных эон подвергают нагреву между последовательными реакционными зонами, из последней зоны отбирают реакционный поток для выделения нормального жидкого продукта из обогащенного водородом пара, часть которого возвращают на вход первой реакционной эоны, частицы катализатора периодически удаляют из последней реакционной зоны, а свежий или регенерированный катализатор периодически вводят в первую реакционную зону, отличающийся тем, что, с целью повышения. производительности процесса, в первую реакционную зону вводят 30-50 мас.Х парообразного углеводородного сырья и водорода с последующим дополнительным снижением давления до 0,07-С,7 атм, 50-70мас.X парообразного углеводородного сырья и водорода также с дополнительным понижением давления до 0,07-0,7 атм вводят во вторую реакционную зону, затем потоки продуктов реакции иэ первой и второй реакционных зон объединяют и подают в третью реакционную зону.

1 121

Изобретение 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 част: ц ,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.i; парообразного углеводородного сырья и водорода, с последующим дополнительным снижением давления до 0,07-0,7 атм, 50-70 мас ° 7. парообразного углеводо.родного сырья и водорода также с до"полнительным понижением давления до

0,07-0,7 атм вводят во вторую реакционную зону, затем потоки продуктов реакции иэ первой и второй реакционных зон объединяют и подают в третью реакционную зону.

Предлагаемый способ пригоден для использования в многоступенчатых системах превращения углеводородов, в которых частицы катализатора могут перемещаться под действием силы тяжести через все реакционные зоны.

Изобретение предназначено для использования в таких системах реакто- ров, в которых основные реакции яв8530 2 лявтся эндотермическими и проводятся в паровой фазе. Область примене ния изобретения не ограничивается каталитическим реформингом фракций с температурами кипения в интервале кипения нафты. При каталитическом реформинге слой катализатора имеет вид нисходящей колонны в одной или более реакционных камерах. Обычно используют сферические катализаторы с номинальным диаметром 0,8—

4,0 мм, чтобы обеспечить свободное пересыпание, при котором не образуются мостики или блоки в нисходящей колонне или колоннах катализатора внутри всей системы.

В одной иэ таких многоступенчатых систем реакционные камеры расположены вертикально одна над другой, и по трубопроводам относительно небольшого диаметра1количество трубопроводов от б до 15) частицы катализатора перемещаются из одной реакционной зоны в следующую, ниже расположенную реакционную зону (под действием силы тяжести) и удаляются из последней реакционной зоны. Затем частицы катализатора транспортируют в верхнюю часть приспособления для регенерации катализатора, которое также функционирует с нисходящей колоннои частиц,регенерированные час тицы катализатора транспортируют в верхнюю часть верхней реакционной эоны в шахте. Чтобы создать и облегчить движение потока под действием силы тяжести внутри каждой реакционной камеры, так же как и при переходе из одной зоны в другую, особенно

40 важно, чтобы частицы катализатора имели относительно небольшой номинальный диаметр (менее 4,0 мм).

В конверсионной системе с отдельными реакционными зонами, располо45 женными одна возле другой, в которых движение происходит под действием сил тяжести, камеры для транспортировки катализатора используют для переноса частиц из нижней части одной зоны в верхнюю часть последующей зоны, и из последней реакционной зоны в верхнюю часть устройства для регенерации.

Каталитический реформинг углеводородов, кипящих в интервале кипения нафты„ в парофазных операциях осуществляют при температуре слоя катализатора 371 — 549 С, давлении

4,4 - 69 атм, объемной скорости жид3 кости в час (определенной как объем свежего сырья в час на объем всех частиц 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 с неподвижным слоем. возможностью эффективно работать при относительно низких давлениях (4,4-14,6 атм) и более высокими температурами катализатора на входе (510 — 543 C).

Реакции каталитического реформинга включают дегидрирование нафтенов до ароматических углеводородов, дегидроциклиэацию парафинов до ароматических углеводородов, гидрокрекинг парафинов с длинными цепями в низкокипящие, обычно жидкие ма те риалы и изомеризацию парафинов. Эти реакции проводят с использованием одного или более благородных металлов VIII группы (например, платины, иридия, родня, палладия) в соединении с галоидом, например хлором и (или) фтором и пористого материала носителя (окиси алюминия). Предпочтительным является одновременное использование каталитического модификатора (кобальта, никеля, галлия, германия, олова, рения, ванадия или их смеси). Независимо от выбранной композиции катализатора необходимо создать поток частиц катализатора вниз через систему.

Каталитический реформинг обычно имеет 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 — ÇÎX, so в-орую — 20 — 40, в третью—

40 — 607. В реакционной системе с четырьмя реакционными зонами загрузки катализатора следующие: в первой зоне — 5 — 151, во второй — 15 — 257, в третьей — 25 — 353, в четвертой—

35 — 50X. Неравномерное распределение катализатора облегчает распределение реакций, а также общей теплоты реакции.

Отложение частиц катализатора у . перфорированной центральной трубы

1248530 4 происходит, во-первых, из-за высокой скорости движения пара в горизонталь. ном направлении через кольцеобразную зону, заполненную катализатором, при5 чем этот нежелательный эффект возрастает по мере уменьшения площади поперечного сечения и толщины слоя катализатора. Поэтому в многоступенчатых системах каталитического реформинга этот эффект наиболее ярко выражен в первой и второй реакционных зонах с наименьшей площадью поперечного сечения, несколько меньше он в третьей реакционной зоне и еще меньше в четвертой реакционной зоне иэ-sa большей ее высоты и большей площади поперечного сечения. Разделение потока реагентов (свежего углеводородного сырья и рециклиэованного водорода) служит для уменьшения массы, протекающей через каждую из первых реакционных зон. Относительные количества должны составлять 30- 50мас.X для первой реакционной зоны и 50—

70 мас.X для второй реакционной зоны.

Ограничение потока, вытекающего из первой реакционной зоны, вместе с ограничением потока реагента, вводимого во вторую зону, обеспечивает

30 перепад давления от первой зоны к второй. В системе превращения, состоящей иэ четырех реакционных зон, поток, вытекающий иэ третьей реак-. ционной зоны, ограничивают перед введением в четвертую реакционную зону. Ограничения потоков, вытекающих из различных реакционных зон, можно осуществить любым способом, результатом которого является дополнительное увеличение перепада давле40 ния для всей системы реактора от

0,07 до 0,7 атм для каждого ограничения.

Ограничение потока свежего сырья и водорода, поступающих во вторую

45 зону, приводит к дополнительному увеличению перепада давлений от

0,07 до 0,7 атм. Ограничения потока можно осуществлять за счет использо< вания трубок Вентури, регулировочных

50 вентилей, диафрагм с отверстиями и т.д., причем для работы в парофаэных системах предпочтительны диафраг" мы с отверстиями., Отложение катализатора у перфо55 рированной центральной трубы является функцией двух независимых величин: массового расхода пара и плотности паров, которые протекают в гориэон5 12 тальном направлении через кольцеабразный слой катализатора и через пер форированную центральную трубу. Для снижения или исключения отложения катализатора для заданной качструкции потока свежега сырья скорость рециклизонанного газа, богатого водородом„ поступающего в систему„ следует снизить. При этом, однако, снижается общий массовый поток в данной реакционнол зоне, что, н свою очередь, снижает перепад давления в системе реактора. При этом снижается эффективное давление в начальной реакционной зоне, в которой отложения катализатора наиболее велики и представляют наибольшие затруднения, при этом происходит соответствующее снижение плотнссти пара.

Использование ограничительных циафрагм (или других подходящих при.способлений) увеличинаеi перепад давления в цепи реактора, что повышает давление в первой реакционной .-ане и, следовательно, плотность паров. Более высокая плотность пара вЕдет к меньшему отложению катализатор;.. И"-пользование ограничительных диафра . приводит - акже к большему

Ц8530 размеры таковы., чта а длине и площади поперечного се ения кольцеабраз наго слоя катализатора распределение полного объема катализатора составляет 10 a (зона ),15% (зана II)

257. (зона III) и 50% (зона TV).

При бесперебойной работе частицы све. же о или регенерирананного катализатора вводят через трубопровод 2 и

1б входное отверстие 3 н верхнюю часть зоны I далее пад действием силы тяжести они последонательно поступают в реакционные зоны II, III и IV, затем их удаляют из реакционной системы через выходные отверстия 4 и трубопроводы 5. Удаленные частицы катализатора можно транспортировать н непрерывна функционирующую зону регенерации (не показана) или можно хранить да тех пор, пока накопится количество, достаточно для периодической регенерации. Скорость потока катализатора через систему реактора

1. шахтного типа, или промежуток вре2 меии, необходимый цля того, чтобы частицы катализатора., загруженные н систему„ прошли четверную зануи были удалены для регенерации, определяется скорость:а регенерации. Скапотоку рьп. "ли"-:ç""==.ÿ=÷ ê.-:vão га=.,a„ òî снижает отло чие,-глеродсацержащего материала в реген.рационнай з грузке, расположенной н присгособлении для регенерации. Кроме тога, 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 нагренатепя и повысить скорость потока., ныт"=.кающего из реактора в трубах Hà-..:;..вателя. Все =,то приводит к снижению потока в первой и во второй реакцион ных зонах, повышает плотность и lpa,.„ и перепад давлений во всей системе реактора и уменьшает образование застойных зон катализатора.

На чертеже представлена устананка для осуществления предлагаемого способа.

Уст" ..одеряМт реактор 1 шах:." на . . верхней реакционной зо-" промежутачными за ами и нижней ре-. -.кционной зоной IV,„ расположению и одна над другой, Их рость удаления катализатора или регенерационную загрузку можно регулировать, изменяя рабочие параметры при непрерывной работе системы.

Сырье.. с температурой кипения в интервале кипения нафты загружают па линии б и смешивают с обогащенной нацородам паровой фазой, поступающей по линии 7. После теплаабмена с одним или более технологическими потоками с высокой температурой смесь проходит через нагоенатель 8, где ее температура повышается далее чтобы достичь нужной температуры на н ".îäå н алой катализатора B реакционных зонах 1 и II. Приблизительна б0% н ггретога потока реагента, псреме:;-. ащегася па ликии 9. атклоняется по и-нии 10> B которой имеется дисковая диафрагмa 11, и через диафрагму поступает в реакционную зону II, остальные 40% патока па линии 9 поступают в реакционную зону I. Выходящий .-;з первой зоны поток по линии 12, на

-:.отарой установлена дисковая диафраг«а 13, смешивают с патокам который па линии 14, выходит из реакционной зоны II. В данном случае дисковая диафрагма 1l рассчитана примерно на

1248530

Составитель Н,Кацовская

Техред Э.Чижмао

Корректор С,Шекмар

Редактор M.Öèòêèíà

Заказ 4143/60

Тираж 527

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 0,54 атм, а дисковая диафрагма 13 примерно на 0,27 атм. Это обеспечивает перепад давления между реакцион. ными зонами I u II для предотвращения поступления пара в обратном на- 5 правлении и для обеспечения перемещения катализатора из одной эоны в другую.

Смесь потоков; вытекающих из зон

I u II rro линии 12, поступает в про- 10 межуточный нагреватель 15, в .котором ее температура повышается до уровня, необходимого для слоя катализатора на входе в реакционную зону II. Нагретый поток поступает в 15 зону II по линии 16. Поток, выходящий из реакционной зоны III rro линии 17, в котором имеется ограничительная диафрагма 18, рассчитанная на 0,41 атм, поступает в нагреватель 20

19, откуда по линии 20 подается в нижнюю реакционную зону IV.

Реакционный продукт, вытекающий иэ нижней каталитической зоны IV отводят по линии 21 и используют 25 в.качестве теплоносителя для предварительного подогрева свежего сырья и рециклиэованного водорода в линии 6

Вытекающий продукт проходит через 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, Iro линиям 7 и 6 в самую верхнюю реакционную зону I и в промежуточную зону II, 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.