Переработка различных типов исходного сырья в установке для каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора
Изобретение относится к переработке различного исходного сырья способом каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора. Изобретение касается способа каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, предназначенного для увеличения выходов С3 и С4 углеводородов, включающий: (а) ввод основного исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 400°F (204°C) до 1150°F (621°C), в реактор каталитического крекинга с восходящим псевдоожиженным слоем катализатора через комплект инжекторов для основного исходного сырья, включающий в себя наклоненный к низу участок и вертикальный участок, расположенный ниже по потоку указанного наклонного участка; (b) ввод легкого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения, которые не превышают приблизительно 440°F (227°С), в упомянутую аппаратуру каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора через первый инжектор для легкого исходного сырья, расположенный в нижней части реактора и через второй инжектор легкого сырья, расположенный на наклоненном участке реактора выше первого инжектора для легкого сырья, причем первый и второй инжекторы для легкого сырья расположены поблизости от позиций, в которых поток катализатора изменяет направление и не является однородным. Технический результат - увеличение выхода С3, C4 углеводородов. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 табл.
Изобретение в общем случае относится к способу каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора (FCC), а говоря более конкретно, к аппаратуре и способу для переработки потоков исходного сырья, характеризующихся очень разными составами или интервалами кипения, в одной и той же установке FCC.
В способах каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора переработке в одной и той же установке FCC зачастую необходимо подвергать потоки различного исходного сырья, которые обнаруживают очень разные свойства или интервалы температур кипения. Данные потоки могут представлять собой материалы прямой перегонки или подвергнутые крекингу материалы из других установок для химического превращения или материалы, отправляемые на рецикл из той же самой установки FCC. Один из потоков в общем случае представляет собой основное исходное сырье, в то время как другие представляют собой дополнительное исходное сырье, предназначенное для доведения получения определенного продукта из установки FCC до максимума.
Потоки различного исходного сырья могут потребовать использования очень разных условий проведения крекинга вследствие наличия очень разных размера/структуры молекул. В результате было разработано несколько модификаций обычно используемого способа FCC, в которых данные потоки подают в реактор с восходящим потоком в различных позициях. В общем случае более низкокипящие или более низкомолекулярные материалы требуют использования более жестких условий для проведения крекинга, в то время как более высококипящие материалы требуют использования менее жестких условий. Материалы, обогащенные ароматикой, подвергать крекингу трудно, и из них образуются повышенные количества кокса, что уменьшает эффективность катализатора. При определении наилучшего способа переработки для различных потоков данные соображения необходимо принимать во внимание.
Патент США №4051013, выданный 27 сентября 1977 года, относится к способу каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, предназначенному для одновременного проведения крекинга газойлевого исходного сырья и повышения сортности исходного сырья бензинового диапазона в целях получения высококачественного моторного топлива. В соответствии с данным патентом более низкокипящее исходное сырье бензинового диапазона вводят в контакт со свежерегенерированным катализатором в части зоны реакции реактора с восходящим потоком, которая на технологической схеме располагается относительно раньше части зоны реакции реактора с восходящим потоком, в которую вводят более высококипящее газойлевое исходное сырье. Однако более легкое бензиновое исходное сырье вводят в единственной точке, что не обеспечивает достижения однородного и всестороннего контакта между катализатором и исходным сырьем.
В патенте США №4892643, выданном 9 января 1990 года, описывают операцию каталитического крекинга с использованием одного реактора с восходящим потоком, в котором используют два различных типа катализаторов крекинга. В данном способе тяжелое углеводородное исходное сырье на технологической схеме вводят в реактор с восходящим потоком до более легкого исходного сырья. Крекинг тяжелого исходного сырья приводит к получению значительного количества лигроина, который после этого объединяют с подаваемым на технологической схеме дальше лигроиновым исходным сырьем.
В патенте США №5846403, выданном 8 декабря 1998 года, описывают способ улучшения выхода легких олефинов в способе FCC при одновременном улучшении октанового числа у получаемого в способе бензина. В соответствии с данным способом легкое каталитическое лигроиновое исходное сырье и водяной пар на технологической схеме вводят до точки ввода обычно используемого исходного сырья для FCC. Однако более легкое исходное сырье вводят в единственной точке ввода. Данный способ не обеспечивает достижения однородного и всестороннего контакта между катализатором и легким исходным сырьем, и в результате максимум для степени превращения и выхода желательных продуктов не достигается. Кроме того, в данном способе более тяжелое исходное сырье смешивают с обычно используемым исходным сырьем для FCC, то есть газойлем, и вводят в реактор с восходящим потоком через те же самые инжекторы для исходного сырья, что и основное исходное сырье. Данная конструкция не обеспечивает получения для более тяжелого исходного сырья оптимальных условий для испарения и прохождения желательных реакций каталитического крекинга.
Поэтому было бы полезно разработать способ переработки различного исходного сырья в одном реакторе с восходящим потоком установки FCC, где позицию, а также способ ввода проектируют таким образом, чтобы для потоков различного исходного сырья могло бы быть обеспечено достижение однородного и всестороннего контакта с высокоактивным катализатором при температуре катализатора, которая наилучшим образом подходит для достижения максимальной каталитической конверсии данных индивидуальных потоков, а время контакта между катализатором и различным исходным сырьем оптимизируют таким образом, чтобы получение желательных продуктов довести до максимума.
Изобретение оптимизирует точную позицию и способ и аппаратуру для ввода различного исходного сырья в один реактор с восходящим потоком установки FCC.
Цель изобретения заключается в предложении способа улучшения выхода С3 и С4 и необязательно также и углеводородов бензинового диапазона в способе FCC.
Еще одна цель изобретения заключается в предложении аппаратуры, которую можно использовать для эффективной переработки углеводородных потоков различных типов исходного сырья в целях получения повышенных выходов С3 и C4 углеводородов. Все исходное сырье может поступать из внешнего источника или может представлять собой комбинацию внешнего исходного сырья и потоков, отправляемых на рецикл из той же самой установки FCC.
Дополнительная цель изобретения заключается в предложении способа улучшения степени превращения в способе каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора и, таким образом, улучшения выхода материала бензинового диапазона.
Еще одна цель изобретения заключается в отправлении более тяжелой фракции потока продукта из установки FCC на рецикл обратно в реактор с восходящим потоком в целях увеличения степени превращения и/или возвращения твердых частиц катализатора обратно в систему реакции.
Еще одна цель изобретения заключается в отправлении относительно более легкой фракции потока продукта из установки FCC на рецикл обратно в реактор с восходящим потоком в целях увеличения выхода С3 и С4 олефинов.
Еще одна другая цель изобретения заключается в предложении способа уменьшения образования в способе FCC кокса и других малоценных продуктов, например, соединений, содержащих два и менее атомов углерода.
Другие цели изобретения будут отчасти очевидны, а отчасти будут указаны более подробно в настоящем документе далее.
Изобретение в предпочтительной форме представляет собой способ каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, предназначенный для увеличения выходов С3 и С4 углеводородов, включающий стадии ввода основного исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 400°F (204°С) до 1150°F (621°C) (в случае измерения при атмосферном давлении), в реактор с восходящим потоком аппаратуры FCC через комплект инжекторов для основного исходного сырья и ввода легкого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения, которые не превышают приблизительно 440°F (227°C) (в случае измерения при атмосферном давлении), в аппаратуру каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора через множество инжекторов для легкого исходного сырья, на технологической схеме расположенных до инжекторов для основного исходного сырья, поблизости от позиций, в которых поток катализатора изменяет направление. В одном варианте реализации изобретения комплект инжекторов для легкого исходного сырья на технологической схеме располагают до инжекторов для основного исходного сырья таким образом, чтобы обеспечить отслеживание контура потока катализатора в целях обеспечения максимального контакта более легкого исходного сырья с катализатором.
Предпочтительно легкое исходное сырье вводят в канальную часть реактора с восходящим потоком. При перемещении катализатора через канал в канале обычно формируются область более низкой плотности катализатора и область более высокой плотности катализатора. Легкое исходное сырье вводят через несколько инжекторов, которые располагают таким образом, чтобы более значительную часть легкого исходного сырья вводить в область более высокой плотности катализатора, а не в область более низкой плотности катализатора.
Способ предпочтительно дополнительно включает стадию ввода тяжелого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 570°F (299°C) до 1275°F (691°C) (в случае измерения при атмосферном давлении), через комплект инжекторов для тяжелого исходного сырья. Данные инжекторы в реакторе с восходящим потоком располагают приблизительно на том же самом уровне по высоте, что и инжекторы для основного исходного сырья. Другими словами, более тяжелое или трудное для проведения испарения/крекинга исходное сырье вводят отдельно через отдельный комплект инжекторов для исходного сырья, которые могут иметь специальную конструкцию, учитывающую уникальные свойства данного материала, например, присутствие некоторого количества твердых частиц. Более тяжелое/трудное для проведения крекинга исходное сырье в общем случае представляет собой отправляемую на рецикл тяжелую фракцию продуктов из установки FCC. Обычно массовый расход тяжелого исходного сырья через инжекторы для тяжелого исходного сырья составляет приблизительно 1-10% (мас.) от массового расхода основного исходного сырья через инжекторы для основного исходного сырья, предпочтительно 3-7% (мас.), а более предпочтительно приблизительно 5% (мас.). В одном варианте реализации приблизительно от 1 до 10% (мас.) от основного исходного сырья отправляют на рецикл и вводят в качестве тяжелого исходного сырья через инжекторы для тяжелого исходного сырья.
Легкое исходное сырье на технологической схеме обычно вводят после регулирующего клапана, который располагают в промежутке между регенератором катализатора и канальной частью реактора с восходящим потоком. Регулирующий клапан предпочтительно представляет собой золотниковый клапан для регенерированного катализатора.
Выход С3 и С4 углеводородов в способе изобретения обычно, по меньшей мере, на 2% превышает выход С3 и C4 углеводородов в способе, который является по существу идентичным при том исключении, что легкое исходное сырье на технологической схеме вводят в единственной позиции до основного исходного сырья. Выход пропилена обычно, по меньшей мере, на 2% превышает выход пропилена в способе, в котором легкое исходное сырье на технологической схеме вводят в единственной позиции до основного исходного сырья, а в других аспектах все представляется идентичным. Выход C4 олефинов предпочтительно, по меньшей мере, на 1% превышает выход олефинов в способе, в котором легкое исходное сырье на технологической схеме вводят в единственной позиции до основного исходного сырья.
Используемый катализатор обычно относится к диапазону катализаторов, обычно используемых в способе FCC, и предпочтительно представляет собой цеолит.
Еще одна предпочтительная форма изобретения представляет собой способ каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, предназначенный для увеличения выходов С3 и C4 углеводородов и углеводородов бензинового диапазона, включающий ввод основного исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 400°F (204°C) до 1150°F (621°C) (в случае измерения при атмосферном давлении), в реактор с восходящим потоком аппаратуры каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора через комплект инжекторов для основного исходного сырья и ввод тяжелого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 570°F (299°C) до 1275°F (691°C) (в случае измерения при атмосферном давлении), через комплект инжекторов для тяжелого исходного сырья, расположенных приблизительно на том же самом уровне по высоте реактора с восходящим потоком, что и комплект инжекторов для основного исходного сырья. Предпочтительно способ дополнительно включает стадию ввода легкого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения, не превышающими приблизительно 440°F (227°C), в аппаратуру каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора через множество инжекторов, на технологической схеме расположенных до инжекторов для основного исходного сырья. Легкое исходное сырье обычно вводят в канальную часть реактора с восходящим потоком.
Дополнительная предпочтительная форма изобретения представляет собой аппаратуру каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, включающую регенератор катализатора и реактор с восходящим потоком, имеющий комплект присоединенных к нему инжекторов для основного углеводородного исходного сырья. Реактор с восходящим потоком включает канальную часть, через текучую среду соединенную с регенератором катализатора, предназначенную для приема регенерированного катализатора. Канальная часть включает изогнутую под углом секцию, на технологической схеме расположенную до комплекта инжекторов для основного углеводородного исходного сырья. Изогнутая под углом секция имеет множество сформированных на ней инжекторов для легкого углеводородного исходного сырья. Изогнутая под углом секция имеет конфигурацию, обеспечивающую изменение направления потока катализатора. Зачастую инжекторы имеют конфигурацию, позволяющую вводить легкое углеводородное исходное сырье в общем случае в том же самом направлении, что и поток катализатора. Необязательно инжекторы для легкого исходного сырья можно располагать, обеспечивая ввод исходного сырья в направлении, которое формирует противоток с направлением потока катализатора.
В еще одном другом варианте реализации изобретение представляет собой аппаратуру каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, включающую регенератор катализатора и реактор с восходящим потоком, имеющий комплект присоединенных к нему инжекторов для основного углеводородного исходного сырья. Реактор с восходящим потоком включает канальную часть, через текучую среду соединенную с регенератором катализатора, предназначенную для приема регенерированного катализатора. Комплект инжекторов для тяжелого углеводородного исходного сырья в реакторе с восходящим потоком располагают приблизительно на том же самом уровне по высоте, что и комплект инжекторов для основного углеводородного исходного сырья. Инжекторы для тяжелого исходного сырья можно установить таким образом, чтобы обеспечить ввод исходного сырья в противотоке с направлением потока катализатора. Аппаратура каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора предпочтительно дополнительно включает множество инжекторов для легкого углеводородного исходного сырья, на технологической схеме расположенных до инжекторов для основного углеводородного исходного сырья.
Фигура 1 представляет собой вид сбоку в вертикальном разрезе для части установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, включающей соединение между реактором с восходящим потоком и стояком для регенерированного катализатора;
Фигура 2 представляет собой вид в разрезе, полученный вдоль линии 2-2 фигуры 1;
Фигура 3 представляет собой вид в разрезе, полученный вдоль линии 3-3 фигуры 1;
Фигура 4 представляет собой вид в разрезе, полученный вдоль линии 4-4 фигуры 1;
Фигура 5 представляет собой вид сбоку в вертикальном разрезе для второго варианта реализации части установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, включающей соединение между реактором с восходящим потоком и стояком для регенерированного катализатора;
Фигура 6 представляет собой вид нижнего днища для варианта реализации, продемонстрированного на фигуре 5;
Фигура 7 представляет собой вид сбоку в вертикальном разрезе для третьего варианта реализации части установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, включающей соединение между реактором с восходящим потоком и стояком для регенерированного катализатора; и
Фигура 8 представляет собой вид в разрезе, полученный вдоль линии 8-8 фигуры 7.
В соответствии с изобретением потоки различного исходного сырья вводят в подходящие точки в канальной части реактора с восходящим потоком таким образом, чтобы технологические условия, доступные в данных точках, соответствовали бы требованиям по крекингу для вводимых потоков. Впускаемые потоки подают таким образом, чтобы обеспечить достижение однородного и всестороннего перемешивания потоков исходного сырья с катализатором в каждой точке ввода для того, чтобы довести степень превращения данных материалов до максимума.
Говоря в общем, поток более тяжелого исходного сырья, который может представлять собой поток, отправляемый на рецикл, в реактор с восходящим потоком вводят приблизительно в той же самой позиции, что и основное исходное сырье, но через другие инжекторы для того, чтобы данное исходное сырье могло бы быстро испариться, а коксообразование для потока было бы сведено к минимуму. Более легкое исходное сырье, которое также может представлять собой продукт, отправляемый на рецикл из установки FCC, на технологической схеме вводят до точки ввода основного исходного сырья, где жесткость условий крекинга очень высока, для того, чтобы довести степень крекинга более низкомолекулярных углеводородных соединений до максимума.
Методика ввода легкого исходного сырья на технологической схеме до инжекторов для основного исходного сырья учитывает структуру потока катализатора в области точек ввода. Поток катализатора претерпевает изменение направления тогда, когда он перетекает из стояка для регенерированного катализатора в реактор с восходящим потоком. Когда поток катализатора изменяет направление, он становится неоднородным по поперечному сечению канала. Таким образом, способ ввода более легкого исходного сырья имеет большое значение. В соответствии с изобретением более легкое исходное сырье на технологической схеме вводят в нескольких точках после золотникового клапана для регенерированного катализатора, что позволяет учитывать структуру потока катализатора. Исходное сырье вводят, обеспечивая его распределение, и не в одной позиции, так что в области с большей концентрацией частиц катализатора будет попадать большее количество исходного сырья. Другими словами, диспергированный ввод исходного сырья отслеживает контур плотности катализатора в канале. Данный однородный ввод исходного сырья по отношению к катализатору обеспечивает доведение эффективности катализатора до максимума благодаря повышенной эффективности контакта исходного сырья с катализатором. Если исходное сырье будут вводить в одной позиции, как это делают в обычно используемом способе, то тогда эффективность катализатора будет уменьшена, поскольку исходное сырье будет вступать в контакт только с меньшим количеством частиц катализатора.
В обычно используемых способах, в которых тяжелое исходное сырье на технологической схеме вводят после инжекторов для основного исходного сырья, тяжелое исходное сырье надлежащим образом не испаряется вследствие меньшей температуры в данной точке. Не испарившееся жидкое исходное сырье в результате может привести к образованию отложений кокса на оборудовании, расположенном на технологической схеме дальше. В дополнение к этому, некоторое количество не испарившегося и не подвергшегося конверсии исходного сырья оказывается в регенераторе, где оно может выгорать и увеличивать температуру катализатора, оказывая неблагоприятное воздействие на эксплуатационные характеристики установки FCC. Степень превращения и выход более легких продуктов будут уменьшаться вследствие пониженной степени циркуляции катализатора в результате повышения температуры регенератора. Если тяжелое исходное сырье на технологической схеме будут вводить до точки ввода основного исходного сырья, то тогда на регенерированном катализаторе будет образовываться большее количество кокса до того, как он встретится с основным исходным сырьем. Это приведет к уменьшению активности катализатора и, таким образом, степени превращения основного исходного сырья и выхода ценных продуктов.
Если теперь обратиться к чертежам и сначала к фигурам 1 и 2, то можно сказать, что на них продемонстрирована и обозначена позицией 10 часть установки FCC, имеющей отношение к данному изобретению. Данная часть 10 включает реактор с восходящим потоком 12 и стояк для регенерированного катализатора 14. Нижняя часть реактора с восходящим потоком 12 представляет собой Y-образный канал 16, который соединяет стояк для регенерированного катализатора 14 с основной секцией 15 реактора с восходящим потоком 12, которая располагается выше инжекторов для основного исходного сырья. Реактор с восходящим потоком 12, в том числе канал 16, заполняют катализатором. Профиль плотности катализатора таков, что вершинная часть 36 канала 16 представляет собой область высокой плотности катализатора 38, а вертикальная часть 40 канала, расположенная на технологической схеме после вершинной части 36, включает область низкой плотности катализатора 42. Катализатор 13 перетекает из регенератора (не показан) в стояк для регенерированного катализатора 14, через золотниковый клапан для регенерированного катализатора 17 в канал 16 и вплоть до основной секции 15 реактора с восходящим потоком 12. Скорость течения регенерированного катализатора при подаче в реактор с восходящим потоком 12 регулируют при помощи золотникового клапана для регенерированного катализатора 17. Когда катализатор перемещается от наклоненной книзу части 32 канала 16 до вершинной части 36 и вертикально вверх, его плотность по поперечному сечению вертикальной части 40 канала 16 не является однородной. Это обуславливается наличием импульса, с которым катализатор перетекает вниз, и силой, с которой он воздействует на дальнюю стенку при изменении направления для перемещения вертикально вверх. Вследствие этого большее количество катализатора перемещается вдоль дальней стенки по верхнему краю вершинной части 36 вдоль области, продемонстрированной как позиция 38, и меньшее количество катализатора перемещается вдоль области 42. С учетом данного профиля плотности катализатора легкое исходное сырье вводят в различных точках вдоль вершинной части 36 канала, что позволяет воспользоваться преимуществом высокой концентрации катализатора в данной области высокой плотности.
Поток катализатора становится однородным тогда, когда он перемещается вверх по вертикальной части канала 16. Множество инжекторов для основного исходного сырья 18 соединяют с реактором с восходящим потоком 12 на расположенном дальше по технологической схеме краю канала 16, где поток катализатора обычно является однородным. В варианте реализации, продемонстрированном на фигурах, инжекторы 18 наклонены кверху для направления основного исходного сырья в общем случае в направлении потока катализатора. Однако данные инжекторы могли бы быть наклонены и книзу. На той же самой высоте по вертикали, что и инжекторы для основного исходного сырья 18, также можно расположить и множество инжекторов 20 для более тяжелого исходного сырья. Инжекторы для тяжелого исходного сырья 20 также наклонены кверху для направления тяжелого исходного сырья в общем случае в направлении потока катализатора. Однако их также можно было бы расположить и для ввода исходного сырья в направлении сверху вниз. В сопоставлении с углеводородами в основном исходном сырье более тяжелые углеводороды труднее испарять или подвергать крекингу. Выгодно тяжелое исходное сырье вводить отдельно от основного исходного сырья, а не смешивать его с основным исходным сырьем и подавать через одни и те же инжекторы. Изобретатели обнаружили, что в результате отдельного ввода тяжелого исходного сырья более крупные/тяжелые молекулы сталкиваются или встречаются с частицами высокотемпературного катализатора отдельно и быстро переходят в парообразное состояние. С другой стороны, если тяжелое исходное сырье будут вводить вместе с основным исходным сырьем, как это описывают в патенте США №5846403, то тогда более крупные/тяжелые молекулы будут сталкиваться или встречаться с частицами катализатора, которые были подвергнуты закаливанию или охлаждению под действием более легких/мелких молекул основного исходного сырья. Таким образом, некоторые более тяжелые молекулы в парообразное состояние могут и не перейти. Это приводит к более значительному коксообразованию и ухудшению эксплуатационных характеристик установки FCC. В дополнение к этому, более тяжелое исходное сырье иногда может содержать частицы катализатора или твердой фазы, в особенности тогда, когда оно составляет отправляемую на рецикл более тяжелую фракцию из ассортимента продуктов FCC. Такие ситуации требуют наличия специальной или другой конструкции инжекторов для тяжелого исходного сырья. Если более тяжелое исходное сырье вместе с твердой фазой в нем будут перемешивать при использовании инжекторов, сконструированных для основного исходного сырья, то тогда инжекторы под действием частиц катализатора будут подвергаться эрозии, и эксплуатационные характеристики установки будут ухудшены.
В соответствии с использованием в настоящем документе «основное исходное сырье» имеет температуру кипения в диапазоне от 400°Р (204°С) до 1150°F (621°С) в случае измерения при атмосферном давлении, более предпочтительно от 430°F (221°C) до 1100°F (593°С), а наиболее предпочтительно 460°F-1050°F (238°C-566°С). «Тяжелое исходное сырье» в случае измерения при атмосферном давлении имеет температуру кипения в диапазоне 570-1275°F (299-691°С), обычно от 600°F (316°С) до 1250°F (677°С), а более предпочтительно от 650°F (343°C) до 1250°F (677°С). «Легкое исходное сырье» имеет меньшую температуру кипения в сопоставлении с основным исходным сырьем и в случае измерения при атмосферном давлении обычно имеет температуру кипения 440°F (227°C) и менее, более предпочтительно 430°F (221°C) и менее, а наиболее предпочтительно 400°F (204°C) и менее.
В соответствии с изобретением могут быть использованы обычные катализаторы FCC, в том числе нижеследующие, но не ограничивающиеся только ими: те, что включают оксидный компонент с тетраэдрическим каркасом кристаллической фазы. Предпочтительно катализатор выбирают из группы, состоящей из катализаторов на основе кристаллической структуры цеолита. Более предпочтительно катализатор в своей основе имеет цеолит Ultra stable Y (USY), характеризующийся высоким соотношением между количествами диоксида кремния и оксида алюминия. Данный катализатор FCC можно использовать либо индивидуально, либо в комбинации с конфигурационно-селективной структурой пентасилового цеолитного катализатора, подобного ZSM-5, который обеспечивает превращение более крупных линейных углеводородных соединений, таких как олефины, в меньшие олефины.
Как продемонстрировано на фигурах 1, 3 и 4, легкое исходное сырье на технологической схеме вводят до инжекторов основного исходного сырья через несколько инжекторов для легкого исходного сырья 22, 24 и 26. Инжекторы для легкого исходного сырья 22 располагают на вертикальной стенке вершинной части 36 канала 16 в позициях или поблизости от позиций, в которых поток катализатора изменяет направление. Как указывалось выше, плотность катализатора в вершинной части 36 является наибольшей. Инжекторы 22 продемонстрированы на фигуре 1 наклоненными кверху в направлении потока катализатора через реактор с восходящим потоком, но они могли бы быть направлены и горизонтально или вниз. Инжекторы 24 располагают в нижней области вершинной части 36, и они обеспечивают ввод легкого исходного сырья в вертикальном направлении снизу вверх. Инжекторы для легкого исходного сырья 26 размещают на расположенном раньше на технологической схеме краю вершинной части 36 на нижней стенке канала 16 и слегка изгибают под углом вниз по отношению к горизонтальному направлению. В результате получения конфигурации с несколькими инжекторами для исходного сырья, формируемой инжекторами для ввода легкого исходного сырья 22, 24 и 26, легкое исходное сырье распределяют вдоль пути потока катализатора таким образом, чтобы в область 38 с более высокой плотностью катализатора в вершинной части 36 попадал бы больший поток исходного сырья в сопоставлении с областями с меньшей плотностью катализатора.
Подвергнутые крекингу углеводороды и катализатор перетекают вверх по реактору с восходящим потоком 12 и разделяются в конце реактора с восходящим потоком благодаря наличию устройства для разделения твердой и паровой фаз (не показано), которое могло бы представлять собой циклонный или инерционный/гравитационный сепаратор. В альтернативном варианте реактор с восходящим потоком можно сконструировать обеспечивающим выпуск смеси твердая фаза-пар в большую емкость (не показана) для гравитационного разделения твердых частиц и пара. Отделенный катализатор, известный как отработанный катализатор, после этого перепускают в зону десорбции, где удаляют углеводороды, захваченные катализатором. После этого отработанный катализатор перетекает в регенератор катализатора, где для восстановления активности катализатора на катализаторе выжигают кокс. Затем регенерированный катализатор вводят через стояк для регенерированного катализатора 14 вдоль канала 16, где он описанным выше образом вступает в контакт с легким углеводородным исходным сырьем.
Одно из существенных преимуществ наличия отдельных инжекторов для исходного сырья в случае основного, тяжелого и легкого исходного сырья заключается в том, что аппаратура и способ настоящего изобретения могут быть использованы для проведения крекинга исходного сырья, характеризующегося различными интервалами кипения, в одной установке FCC и могут обеспечить достижение высоких эксплуатационных характеристик благодаря получению высокоценных продуктов.
Канальная часть реактора с восходящим потоком может иметь любую из широкого ассортимента различных конфигураций. Некоторые дополнительные неограничивающие примеры продемонстрированы на фигурах от 5 до 8. Фигуры 5 и 6 демонстрируют канальную часть 116, имеющую первую часть 130, проходящую вертикально сверху вниз от золотникового клапана для регенерированного катализатора 117, который располагается ниже стояка для регенерированного катализатора 114, вторую часть 132, наклоненную кверху по отношению к первой части 130, и вертикальную третью часть 134, которая соединяет верхний край второй части 132 с основной частью реактора с восходящим потоком. Нижний край 136 второй части 132 располагают ниже точки соединения между первой частью 130 и второй частью 132, и он характеризуется наличием множества инжекторов для легкого исходного сырья 122, сформированных на боковой стенке 126, и множества инжекторов для легкого исходного сырья 124, сформированных на стенке нижнего края 128. Фигуры 7 и 8 изображают канал 216, имеющий форму, подобную форме канала 116 в том смысле, что первая часть 230 проходит вертикально сверху вниз от золотникового клапана для регенерированного катализатора, а вторая часть 232 наклонена кверху от первой части и соединена с нижним краем проходящей вертикально третьей части 234, которая соединяется с основной частью реактора с восходящим потоком. Несколько инжекторов 226 обеспечивают ввод в канал 216 в вершине между первой частью 230 и второй частью 232.
Вне зависимости от конфигурации принципиальная основа данного изобретения остается той же самой, то есть более легкое исходное сырье на технологической схеме вводят до точки ввода основного исходного сырья, добиваясь его диспергирования таким образом, чтобы в области с более высокой плотностью катализатора попадало бы большее количество данного более легкого исходного сырья, а время контакта между более легким исходным сырьем и катализатором до того, как данная смесь встретится с инжекторами для основного исходного сырья, оптимизируют. Тяжелое исходное сырье вводят приблизительно в той же самой позиции, что и основное исходное сырье, но через отдельные инжекторы.
Изобретение в результате обычно приводит к увеличению степени превращения более легкого углеводородного исходного сырья, по меньшей мере, на 15% в сопоставлении с обычно используемыми способами ввода или переработки данного исходного сырья. Данное увеличение степени превращения, в свою очередь, в результате приводит к увеличению выходов С3 и C4 углеводородов, по меньшей мере, на 11%, а зачастую вплоть до 18%. В дополнение к этому, ввод потока более тяжелого материала, отправляемого на рецикл, описанного в данном изобретении, в результате приводит к увеличению степени превращения основного исходного сырья приблизительно на 2%. В сопоставлении с обычно используемыми способами выход бензина плюс С3 и C4 увеличивается, по меньшей мере, на 5%, а зачастую на 8%.
Следующие далее примеры включаются для дополнительной иллюстрации существенных признаков и преимуществ изобретения, но они не должны восприниматься в качестве ограничения.
Сравнительный пример 1
В данном примере основное исходное сырье, характеризующееся интервалом кипения в диапазоне от 460°F (238°C) до 1000°F (538°C), обычным образом подвергали переработке вместе с более легким исходным сырьем, характеризующимся интервалом кипения в диапазоне от 145°F (63°С) до 375°F (191°C). Реактор с восходящим потоком эксплуатировали при температуре 1015°F (546°C) на его выходе и при давлении 25 фунт/дюйм2 (изб.) (172 кПа (изб.)) с использованием катализатора USY без какого-либо добавления или использования конфигурационно-селективного пентасилового цеолита. Данный способ крекинга приводил к получению ассортимента продуктов, продемонстрированного в таблице 1:
| Таблица 1 | |
| Продукты | % (мас.) |
| Метан | 1,0 |
| Этан | 1,0 |
| Этилен | 1,3 |
| Пропан | 1,8 |
| Пропилен | 7,2 |
| Изобутан | 4,0 |
| Н-бутан | 1,5 |
| Бутены | 8,2 |
| Совокупный СНГ (С3+С4) | 22,7 |
| Бензин (С5 до 430°F (221°C)) | 52,1 |
| Легкий каталитический газойль (от 430°F (221°С) до 670°F (354°C)) | 10,2 |
| Нижняя фракция (670°F (354°C)+) | 6,7 |
Оставшиеся 5% (мас.) представляли собой кокс, который образовывал отложения на катализаторе, и который выжигали в регенераторе.
Пример 1
Способ из сравнительного примера 1 повторили при том исключении, что легкое исходное сырье на технологической схеме вводили до основного исходного сырья в инжекторы для легкого исходного сырья 22, 24 и 26, продемонстрированные на фигуре 1. Увеличение выхода легких компонентов в сопоставлении со способом из сравнительного примера 1 обобщенно представлено в таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Продукты | % (мас.) |
| Метан | +0,1 |
| Этан | +0,1 |
| Этилен | +0,2 |
| Пропан | +0,4 |
| Пропилен | +1,0 |
| Изобутан | +0,3 |
| Н-бутан | +0,1 |
| Бутены | +0,8 |
| Совокупный СНГ (С3+C4) | +2,6 |
Увеличение эффективности получения легких компонентов обуславливалось увеличением степени превращения более легкого исходного сырья.
Пример 2
Способ из сравнительного примера 1 повторили при том исключении, что более тяжелое исходное сырье (наиболее тяжелая фракция продукта конверсии сырья за первый проход), которое отправляли на рецикл из той же самой установки FCC, вводили через несколько инжекторов на той же самой высоте, что и основное исходное сырье, но через отдельные инжекторы. Степень превращения основного исходного сырья улучшалась в сопоставлении со степенью превращения из сравнительного примера 1. Улучшение выходов С3 и C4 углеводородов и углеводородов бензинового диапазона в сопоставлении с тем, что имело место в способе из сравнительного примера 1, продемонстрировано в таблице 3:
| Таблица 3 | |
| Продукты | % (мас.) |
| Пропан | +0,05 |
| Пропилен | +0,2 |
| Изобутан | +0,1 |
| Н-бутан | +0,05 |
| Бутены | +0,2 |
| Совокупный СНГ (С3+C4) | +0,6 |
| Бензин (С5 до 430°F (221°С)) | +0,8 |
Данного улучшения выходов добивались даже в случае, когда легкое исходное сырье в установку FCC и не вводили.
Пример 3
Способы из примеров 1 и 2 объединили таким образом, чтобы тяжелое исходное сырье было бы введено на той же самой высоте, что и основное исходное сырье, но через другие инжекторы, а легкое исходное сырье было бы введено через инжекторы для легкого исходного сырья 22, 24 и 26. Улучшение выходов С3 и С4 углеводородов и углеводородов бензинового диапазона в сопоставлении с результатами из сравнительного примера 1 продемонстрировано в таблице 4:
| Таблица 4 | |
| Продукты | % (мас.) |
| Метан | +0,1 |
| Этан | +0,1 |
| Этилен | +0,2 |
| Пропан | +0,45 |
| Пропилен | +1,2 |
| Изобутан | +0,4 |
| Н-бутан | +0,15 |
| Бутены | +1,0 |
| Совокупный СНГ (С3+C4) | +3,2 |
| Бензин (C5 до 430°F (221°С)) | +0,8 |
Таким образом, можно видеть, что в результате ввода более легкого исходного сырья на технологической схеме до точки ввода основного исходного сырья через несколько инжекторов в позициях, окружающих область, в которой происходит изменение направления потока катализатора, в способе FCC могут быть улучшены степень превращения и выход С3 и C4 углеводородов. В дополнение к этому, можно видеть, что в результате ввода более тяжелого исходного сырья приблизительно на том же самом уровне по высоте, что и точка ввода основного исходного сырья, но через отдельные инжекторы, могут быть значительно улучшены выходы С3 и C4 углеводородов и углеводородов бензинового диапазона. Преимущества обоих типов вышеупомянутых вариантов эксплуатации суммируются в случае их одновременной реализации.
1. Способ каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, предназначенный для увеличения выходов С3 и C4 углеводородов, включающий:
(a) ввод основного исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 400°F (204°C) до 1150°F (621°С), в реактор каталитического крекинга с восходящим псевдоожиженным слоем катализатора через комплект инжекторов для основного исходного сырья, включающий в себя наклоненный книзу участок и вертикальный участок, расположенный ниже по потоку указанного наклонного участка;
(b) ввод легкого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения, которые не превышают приблизительно 440°F (227°C), в упомянутую аппаратуру каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора через первый инжектор для легкого исходного сырья, расположенный в нижней части реактора и через второй инжектор легкого сырья, расположенный на наклоненном участке реактора выше первого инжектора для легкого сырья, причем первый и второй инжекторы для легкого сырья расположены поблизости от позиций, в которых поток катализатора изменяет направление и не является однородным.
2. Способ по п.1, где упомянутое легкое исходное сырье вводят в канальную часть упомянутого реактора с восходящим потоком.
3. Способ по п.2, где упомянутая канальная часть включает область более низкой плотности катализатора и область более высокой плотности катализатора.
4. Способ по п.3, где упомянутое легкое исходное сырье вводят в упомянутую область более высокой плотности катализатора.
5. Способ по п.3, где более значительную часть упомянутого легкого исходного сырья вводят в упомянутую область более высокой плотности катализатора, а не в упомянутую область более низкой плотности катализатора.
6. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию:
(с) ввода тяжелого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 570°F (299°C) до 1275°F (691°C), через комплект инжекторов для тяжелого исходного сырья.
7. Способ по п.6, где упомянутый комплект инжекторов для тяжелого исходного сырья в упомянутом реакторе с восходящим потоком располагают приблизительно на том же самом уровне по высоте, что и упомянутый комплект инжекторов для основного исходного сырья.
8. Способ по п.5, дополнительно включающий стадию:
(с) ввода тяжелого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 570°F (299°C) до 1275°F (691°C), через комплект инжекторов для тяжелого исходного сырья.
9. Способ по п.8, где упомянутый комплект инжекторов для тяжелого исходного сырья в упомянутом реакторе с восходящим потоком располагают приблизительно на том же самом уровне по высоте, что и упомянутый комплект инжекторов для основного исходного сырья.
10. Способ по п.7, где приблизительно от 1 до 10 мас.% от упомянутого основного исходного сырья отправляют на рецикл и вводят на стадию (с).
11. Способ по п.7, где массовый расход упомянутого тяжелого исходного сырья через упомянутые инжекторы для тяжелого исходного сырья находится в диапазоне приблизительно от 1 до 10 мас.% от массового расхода упомянутого основного исходного сырья через упомянутые инжекторы для основного исходного сырья.
12. Способ по п.2, где упомянутое легкое исходное сырье на технологической схеме вводят после регулирующего клапана, расположенного в промежутке между упомянутым регенератором катализатора и упомянутой канальной частью упомянутого реактора с восходящим потоком.
13. Способ по п.12, где упомянутый регулирующий клапан представляет собой золотниковый клапан для регенерированного катализатора.
14. Способ по п.1, где выход С3 и C4 углеводородов в упомянутом способе каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, по меньшей мере, на 2% улучшен в сопоставлении с выходом в способе, в котором упомянутое легкое исходное сырье на технологической схеме вводят в единственной позиции до упомянутого основного исходного сырья.
15. Способ по п.1, где выход пропилена, по меньшей мере, на 2% превышает выход пропилена в способе, в котором упомянутое легкое исходное сырье на технологической схеме вводят в единственной позиции до упомянутого основного исходного сырья.
16. Способ по п.1, где упомянутым катализатором является цеолит.
17. Способ каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, предназначенный для увеличения выходов С3 и С4 углеводородов и углеводородов бензинового диапазона, включающий:
(а) ввод основного исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 400°F (204°C) до 1150°F (621°C), в реактор каталитического крекинга с восходящим с псевдоожиженным слоем катализатора через комплект инжекторов для основного исходного сырья, включающий в себя наклоненный книзу участок и вертикальный участок, расположенный ниже по потоку указанного наклонного участка;
(b) ввод тяжелого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения в диапазоне от 570°F (299°C) до 1275°F (691°C), через комплект инжекторов для тяжелого исходного сырья, расположенных приблизительно на том же самом уровне по высоте упомянутого реактора с восходящим потоком, что и упомянутый комплект инжекторов для основного исходного сырья и
(c) ввод легкого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения, не превышающими приблизительно 440°F (227°C), в упомянутую аппаратуру каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора через первый и второй инжекторы для легкого исходного сырья, расположенных до упомянутых инжекторов для основного исходного сырья, при которых поток катализатора меняет свое направление и не является однородным, причем второй инжектор для легкого сырья расположен на наклоненном книзу участке реактора.
18. Способ по п.17, где упомянутое легкое исходное сырье вводят в канальную часть упомянутого реактора с восходящим потоком.
19. Способ по п.18, где упомянутая канальная часть включает область более низкой плотности катализатора и область более высокой плотности катализатора, и более значительную часть упомянутого легкого исходного сырья вводят в упомянутую область более высокой плотности катализатора, а не в упомянутую область более низкой плотности катализатора.
20. Способ по п.1, дополнительно включающий ввод легкого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения, которые не превышают приблизительно 440°F (227°С), в упомянутую аппаратуру каталитического крекинга через третий инжектор для легкого исходного сырья, расположенный рядом с первым инжектором для легкого сырья.
21. Способ по п.1, дополнительно включающий ввод легкого исходного сырья, содержащего углеводороды, характеризующиеся температурами кипения, которые не превышают приблизительно 440°F (227°C), в упомянутую аппаратуру каталитического крекинга через четвертый инжектор для легкого исходного сырья, расположенный рядом со вторым инжектором для легкого сырья.
22. Способ по п.21, где легкое сырье вводят через четвертый инжектор для легкого сырья в наклоненный книзу участок.
23. Способ по п.17, где второй инжектор для легкого сырья расположен выше первого инжектора для легкого исходного сырья.
24. Способ по п.23, где легкое исходное сырье вводят через третий инжектор для легкого исходного сырья, расположенный рядом с первым инжектором, и четвертый инжектор для легкого сырья, расположенный рядом со вторым инжектором для легкого сырья.
