Способ каталитического крекинга углеводородного сырья и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области нефтепереработки углеводородного сырья и может быть использовано для увеличения выработки моторных топлив. Изобретение касается способа каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов, включающего контактирование сырья и регенерированного катализатора в прямоточном реакторе, отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени, соединенных непосредственно с выходом из прямоточного реактора, подачу отработанного катализатора в отпарную зону по пылевозвратному стояку циклонных сепараторов первой ступени, погруженному в псевдоожиженный слой катализатора, и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром с выводом образованных газов в сепарационную зону, подачу парообразных продуктов непосредственно в приемные зоны и смешение в них с газами, поступающими из сепарационной зоны по кольцевому каналу между приемной зоной и газовыводным патрубком циклонных сепараторов первой ступени, доочистку потока парообразных продуктов и газов в циклонных сепараторах второй ступени, соединенных с приемными зонами, при этом время пребывания парообразных продуктов в каждой приемной зоне составляет 0,10-0,35 с, поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону. Также изобретение касается устройства для осуществления каталитического крекинга углеводородного сырья. Технический результат - увеличение выхода и качества целевых продуктов. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.
Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе.
Известен способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов [патент США №5087427], включающий контактирование сырья и регенерированного катализатора в прямоточном реакторе, отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени, соединенных непосредственно с выходом из прямоточного реактора, подачу отработанного катализатора в отпарную зону по пылевозвратному стояку циклонных сепараторов первой ступени и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром с выводом образованных газов в сепарационную зону, подачу парообразных продуктов из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени непосредственно в сепарационную зону и охлаждение этих парообразных продуктов путем смешения с жидким рециркулятом, в частности с легким газойлем непосредственно на выходе из газовыводного патрубка, доочистку охлажденного потока парообразных продуктов и газов, поступающих из отпарной зоны, в циклонных сепараторах второй ступени, соединенных с сепарационной зоной.
Этот способ позволяет несколько снизить скорость протекания вторичных термических и каталитических реакций в сепарационной зоне благодаря снижению температуры потока парообразных продуктов за счет подачи жидкого рециркулята.
Недостатки способа заключаются в следующем:
1. Длительное контактирование в сепарационной зоне всего потока парообразных продуктов с неуловленным в циклонных сепараторах первой ступени и выносимым из отпарной зоны отработанным катализатором, несмотря на пониженную температуру, приводит к нежелательным превращениям парообразных продуктов в результате протекания вторичных каталитических и термических реакций, способствующих образованию дополнительного количества сухого газа и кокса и снижению выхода целевых продуктов.
2. Длительное пребывание парообразных продуктов в сепарационной зоне приводит к образованию коксовых отложений на внутренней поверхности корпуса сепарационной камеры и поверхности оборудования, расположенного внутри сепарационной камеры. Периодическое обрушение коксовых отложений может приводить к забивке регулирующих клапанов на транспортных линиях реакторно-регенераторного блока и, как следствие, к аварийной остановке процесса.
Известен способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов [патент США №5248411], включающий контактирование сырья и регенерированного катализатора в прямоточном реакторе, отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени, соединенных непосредственно с выходом из прямоточного реактора, подачу отработанного катализатора в отпарную зону по пылевозвратному стояку циклонных сепараторов первой ступени и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром с выводом образованных газов в сепарационную зону, ввод газов из сепарационной зоны в циклонные сепараторы первой ступени через кольцевой канал между их крышкой и газовыводным патрубком, доочистку потока парообразных продуктов и газов в циклонных сепараторах второй ступени, непосредственно соединенных с циклонными сепараторами первой ступени.
Этот способ позволяет сократить количество парообразных продуктов, поступающих в сепарационную зону, благодаря их подаче из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени непосредственно на вход циклонных сепараторов второй ступени, минуя сепарационную зону.
Недостатки способа заключаются в следующем:
1. Часть вихревого потока парообразных продуктов крекинга, вращающегося внутри циклонных сепараторов первой ступени и обладающего высокой кинетической энергией, перетекает обратным ходом через кольцевой канал между крышкой и газовыводным патрубком в сепарационную зону с более высоким давлением вследствие преобразования кинетической энергии в газодинамический напор. В сепарационной зоне имеют место нежелательные превращения парообразных продуктов при повышенной температуре в результате протекания вторичных термических и каталитических реакций, что приводит к снижению выхода и качества целевых продуктов.
2. Ввод газов из сепарационной зоны в циклонные сепараторы первой ступени через кольцевой канал между крышкой и газовыводным патрубком обусловливает более низкое давление в этих циклонных сепараторах по сравнению с сепарационной зоной, что приводит к периодическому зависанию уловленного отработанного катализатора в пылевозвратном стояке и, как следствие, к массированному уносу катализатора из реактора в ректификационную колонну.
Известен способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов [патент США №5665949], включающий контактирование сырья и регенерированного катализатора в прямоточном реакторе, отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени, соединенных непосредственно с выходом из прямоточного реактора и сепарационной зоной, отделение увлеченных углеводородов от отработанного катализатора в отпарной зоне путем обработки водяным паром с выводом образованных газов в сепарационную зону, подачу парообразных продуктов в приемные зоны и смешение в них с газами, поступающими из сепарационной зоны по кольцевому каналу между приемной зоной и газовыводным патрубком циклонных сепараторов первой ступени, доочистку потока парообразных продуктов и газов в циклонных сепараторах второй ступени, соединенных с приемными зонами.
Этот способ позволяет сократить количество парообразных продуктов, поступающих в сепарационную зону, благодаря их подаче из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени непосредственно в приемные зоны, минуя сепарационную зону, и далее на вход в циклонные сепараторы второй ступени.
Недостаток способа заключается в следующем. Отсутствие пылевозвратного стояка на циклонных сепараторах первой ступени приводит к тому, что примерно 25% парообразных продуктов вместе с уловленным отработанным катализатором поступают из нижней части этих сепараторов в сепарационную зону. Часть парообразных продуктов, поступающих из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени в приемную зону в состоянии вихревого потока, перетекает обратным ходом через кольцевой канал между приемной зоной и газовыводным патрубком в сепарационную зону с более высоким давлением вследствие высокой кинетической энергии вихревого потока, преобразующейся в газодинамический напор.
Парообразные продукты, поступающие в сепарационную зону, претерпевают в ней нежелательные превращения в результате протекания вторичных термических и каталитических реакций, что приводит к снижению выхода и качества целевых продуктов.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов [патент США №5039397], включающий контактирование сырья и регенерированного катализатора в прямоточном реакторе, отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени, соединенных непосредственно с выходом из прямоточного реактора, подачу отработанного катализатора в отпарную зону по пылевозвратному стояку циклонных сепараторов первой ступени, погруженному в псевдоожиженный слой катализатора, и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром с выводом образованных газов в сепарационную зону, подачу парообразных продуктов непосредственно в приемные зоны и смешение в них с газами, поступающими из сепарационной зоны по кольцевому каналу между приемной зоной и газовыводным патрубком циклонных сепараторов первой ступени, доочистку потока парообразных продуктов и газов в циклонных сепараторах второй ступени, соединенных с приемными зонами.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для осуществления каталитического крекинга углеводородного сырья [патент США №5039397], включающее прямоточный реактор, соединенный с циклонными сепараторами первой ступени и снабженный средствами для ввода сырья, водяного пара и регенерированного катализатора, сепарационную камеру, в которой размещены последовательно соединенные циклонные сепараторы первой ступени, приемные камеры, циклонные сепараторы второй ступени и газосборная камера, отпарную камеру, соединенную с сепарационной камерой и расположенную ниже нее, снабженную средствами для ввода водяного пара и вывода отработанного катализатора, причем число приемных камер равно числу циклонных сепараторов первой ступени, каждая приемная камера установлена таким образом, что верхний участок газовыводного патрубка окружен нижним участком приемной камеры с образованием кольцевого зазора, циклонные сепараторы первой и второй ступени снабжены пылевозвратными стояками, соединенными с отпарной камерой.
Этот способ позволяет сократить количество парообразных продуктов, поступающих в сепарационную зону, благодаря их подаче из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени непосредственно в приемные зоны, минуя сепарационную зону, и далее совместно с газами из сепарационной зоны непосредственно на вход в циклонные сепараторы второй ступени.
Ввод газов из сепарационной зоны в приемные зоны по кольцевому каналу между приемной зоной и газовыводным патрубком циклонных сепараторов первой ступени обусловливает более высокое давление в этих циклонных сепараторах по сравнению с сепарационной зоной, что обеспечивает устойчивую выгрузку уловленного отработанного катализатора из пылевозвратного стояка и, как следствие, эффективное и надежное отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора.
Погружение в псевдоожиженный слой катализатора пылевозвратного стояка циклонных сепараторов первой ступени предупреждает массированное поступление по нему парообразных продуктов в нижнюю часть сепарационной зоны.
Последовательное соединение циклонных сепараторов первой ступени, приемных камер, циклонных сепараторов второй ступени позволяет сократить количество парообразных продуктов, поступающих в сепарационную камеру.
Установка каждой приемной камеры таким образом, что верхний участок газовыводного патрубка окружен нижним участком приемной камеры с образованием кольцевого зазора, обеспечивает как эффективное и надежное отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора, так и компенсацию термического расширения оборудования, размещаемого в сепарационной камере.
Недостаток известного способа заключается в следующем. Парообразные продукты поступают из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени в приемные зоны в состоянии вращающегося вихревого потока, обладающего высокой кинетической энергией. В приемной зоне вихревой поток постепенно расширяется и через определенный промежуток времени достигает ее поверхности. После этого вихревой поток парообразных продуктов разделяется на две части: основной вихревой поток перемещается по поверхности приемной зоны в область с меньшим давлением в направлении входа в циклонные сепараторы второй ступени, рециркулирующий вихревой поток (примерно 10% от общего вихревого потока) перемещается по поверхности приемной камеры в обратном направлении в область с более высоким давлением вследствие преобразования кинетической энергии вихревого потока в газидинамический напор, и через кольцевой канал между приемной зоной и газовыводным патрубком перетекает в сепарационную зону. В сепарационной зоне парообразные продукты смешиваются с газами, поступающими из отпарной зоны, и после продолжительного пребывания в ней рециркулируют обратно в приемную зону.
Парообразные продукты, поступающие в сепарационную зону, подвергаются в ней нежелательным превращениям при длительном времени пребывания и повышенной температуре в результате протекания вторичных термических и каталитических реакций, что способствует снижению выхода и качества целевых продуктов.
Недостаток известного устройства заключается в том, что большой объем приемных камер и отсутствие в них средств для разрушения вихревого потока создают предпосылки для перетекания части парообразных продуктов в сепарационную камеру, где при длительном времени пребывания и повышенной температуре имеют место их нежелательные превращения со снижением выхода и качества целевых продуктов.
Недостатком одного из вариантов реализации известного устройства, предусматривающего установку в кольцевом зазоре между верхним участком газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени и нижним участком приемной камеры приспособлений для их центрирования, является ухудшение условий компенсации температурного расширения оборудования, размещаемого в сепарационной камере, что может привести к его деформации и разрушению.
Целью изобретения является увеличение выхода и качества целевых продуктов за счет предупреждения нежелательных превращений углеводородов в результате протекания вторичных термичекских и каталитических реакций в сепарационной зоне реактора.
Поставленная цель достигается предлагаемым способом каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов, включающим контактирование сырья и регенерированного катализатора в прямоточном реакторе, отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени, соединенных непосредственно с выходом из прямоточного реактора, подачу отработанного катализатора в отпарную зону по пылевозвратному стояку циклонных сепараторов первой ступени, погруженному в псевдоожиженный слой катализатора, и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром с выводом образованных газов в сепарационную зону, подачу парообразных продуктов непосредственно в приемные зоны и смешение в них с газами, поступающими из сепарационной зоны по кольцевому каналу между приемной зоной и газовыводным патрубком циклонных сепараторов первой ступени, доочистку потока парообразных продуктов и газов в циклонных сепараторах второй ступени, соединенных с приемными зонами. Согласно изобретению время пребывания парообразных продуктов в каждой приемной зоне составляет 0,10-0,35 с, поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону.
Поставленная цель достигается также предлагаемым устройством для осуществления каталитического крекинга углеводородного сырья, включающим прямоточный реактор, соединенный с циклонными сепараторами первой ступени и снабженный средствами для ввода сырья, водяного пара и регенерированного катализатора, сепарационную камеру, в которой размещены последовательно соединенные циклонные сепараторы первой ступени, приемные камеры, циклонные сепараторы второй ступени и газосборная камера, отпарную камеру, соединенную с сепарационной камерой и расположенную ниже нее, снабженную средствами для ввода водяного пара и вывода отработанного катализатора, причем число приемных камер равно числу циклонных сепараторов первой ступени, каждая приемная камера установлена таким образом, что верхний участок газовыводного патрубка окружен нижним участком приемной камеры с образованием кольцевого зазора, циклонные сепараторы первой и второй ступени снабжены пылевозвратными стояками, соединенными с отпарной камерой. Согласно изобретению каждая приемная камера снабжена боковыми патрубками, установленными на расстоянии 0,12-0,28 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка под углом 50-90° к ее продольной оси и соединенными с циклонными сепараторами второй ступени, и крышкой, установленной на расстоянии 0,8-1,9 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка.
Существенным отличием предлагаемого способа является то, что время пребывания парообразных продуктов в каждой приемной зоне составляет 0,10-0,35 с, поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону. Существенным отличием предлагаемого устройства является то, что каждая приемная камера снабжена боковыми патрубками, установленными на расстоянии 0,12-0,28 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка под углом 50-90° к ее продольной оси и соединенными с циклонными сепараторами второй ступени, и крышкой, установленной на расстоянии 0,8-1,9 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка.
Указанные отличия позволяют исключить перетекание парообразных продуктов из приемных зон в сепарационную зону, и тем самым свести к минимуму протекание вторичных термических и каталитических реакций в сепарационной зоне при повышенной температуре, приводящих к нежелательным превращениям углеводородов, и увеличить благодаря этому выход и качество целевых продуктов.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Парообразные продукты после отделения от них отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени подают непосредственно в приемные зоны, минуя сепарационную зону, что позволяет существенно сократить их время пребывания при повышенной температуре и благодаря этому значительно снизить нежелательные превращения углеводородов в результате протекания вторичных термических и каталитических реакций. В приемных зонах парообразные продукты смешивают с газами, поступающими из сепарационной зоны по кольцевому каналу между приемной зоной и газовыводным патрубком циклонных сепараторов первой ступени, создавая тем самым в последних более высокое давление, чем в сепарационной зоне, что обеспечивает устойчивую подачу уловленного отработанного катализатора в отпарную зону по пылевозвратному стояку и, как следствие, эффективное и надежное отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора. Нижний участок пылевозвратного стояка погружают в псевдоожиженный слой катализатора для создания газодинамического затвора и предупреждения массированного поступления по нему парообразных продуктов в нижнюю часть сепарационной зоны.
Парообразные продукты поступают в приемные зоны из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени в состоянии вращающегося вихревого потока, обладающего высокой кинетической энергией и стремящегося к расширению вплоть до поверхности приемной зоны благодаря действию центробежной силы.
Для разрушения вихревого потока прежде, чем он достигнет поверхности приемной камеры, откуда часть вихревого потока может перетечь обратным ходом через кольцевой канал в сепарационную зону с более высоким давлением благодаря преобразованию кинетической энергии в газодинамический напор, время пребывания парообразных продуктов в каждой приемной зоне ограничивают промежутком, равным 0,10-0,35 с, поток парообразных продуктов и газов разворачивают и выводят из каждой приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону.
Ограничение времени пребывания парообразных продуктов в каждой приемной зоне промежутком, равным 0,10-0,35 с, предупреждает расширение вихревого потока до поверхности приемной зоны с образованием из части парообразных продуктов рециркулирующего вихревого потока, способного перемещаться в область более высокого давления, и препятствует образованию коксовых отложений на участке приемной зоны выше уровня вывода потока парообразных продуктов и газов.
Разворот потока парообразных продуктов и газов с выводом его из приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону обеспечивает быстрое и эффективное разрушение вращающегося вихревого потока с преобразованием его в поступательный турбулентный и тем самым исключает перетекание парообразных продуктов из приемной зоны в сепарационную зону с более высоким давлением. Это позволяет свести к минимуму протекание вторичных термических и каталитических реакций в сепарационной зоне при повышенной температуре, приводящих к нежелательным превращениям углеводородов, и увеличить благодаря этому выход и качество целевых продуктов.
Последовательное соединение циклонных сепараторов первой ступени, приемных камер, циклонных сепараторов второй ступени позволяет существенно сократить время пребывания парообразных продуктов при повышенной температуре и тем самым предупреждать протекание нежелательных вторичных термических и каталитических реакций.
Установка каждой приемной камеры таким образом, что верхний участок газовыводного патрубка окружен нижним участком приемной камеры с образованием кольцевого зазора, обеспечивает эффективное и надежное отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора.
Наличие кольцевого зазора между приемной камерой и газовыводным патрубком циклонных сепараторов первой ступени обеспечивает компенсацию термического расширения оборудования, размещенного в сепарационной камере.
Снабжение каждой приемной камеры боковыми патрубками, установленными на расстоянии 0,12-0,18 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка под углом 50-90° к ее продольной оси и соединенными с циклонными сепараторами второй ступени, предупреждает расширение вихревого потока парообразных продуктов до стенки приемной камеры с образованием из части парообразных продуктов рециркулирующего вихревого потока, способного перемещаться в область более высокого давления, и обеспечивает быстрое и эффективное разрушение вихревого потока с преобразованием его в поступательный турбулентный.
В результате исключается перетекание парообразных продуктов из приемных камер в сепарационную камеру, что позволяет свести к минимуму протекание нежелательных вторичных термических и каталитических реакций в сепарационной камере и повысить благодаря этому выход и качество целевых продуктов.
Снабжение каждой приемной камеры крышкой, установленной на расстоянии 0,8-1,9 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка, препятствует образованию коксовых отложений на участке приемной камеры выше боковых патрубков.
Способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе и устройство для его осуществления представлены на фиг.1-5.
Способ осуществляют следующим образом. Согласно фиг.1-5 углеводородное сырье 1 подают в прямоточный реактор 2 через сырьевые форсунки 3, где его смешивают с мелкодисперсным циркулирующим катализатором 4, поступающим из регенератора (не показан). Сырье и катализатор контактируют в восходящем потоке с образованием парообразных продуктов 5 в результате протекания реакций каталитического крекинга. Парообразные продукты отделяют на выходе из прямоточного реактора от основной массы отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени 6, соединенных непосредственно с выходом из прямоточного реактора. Отработанный катализатор 7 направляют на отпарку от увлеченных углеводородов в отпарную зону 8 по пылевозвратному стояку 9 циклонных сепараторов первой ступени, погруженному в псевдоожиженный слой катализатора 10. В отпарной зоне отработанный катализатор обрабатывают водяным паром 11, подаваемым через парораспределительные устройства 12. Обработку отработанного катализатора водяным паром осуществляют в ступенчато-противоточных условиях с применением конических перегородок 13. Образованные в отпарной зоне газы 14, состоящие из смеси отпаренных углеводородов и водяного пара, выводят в сепарационную зону 15.
Парообразные продукты 5 из газовыводного патрубка 16 циклонных сепараторов первой ступени подают непосредственно в приемные зоны 17, где смешивают с газами 14, поступающими из сепарационной зоны по кольцевому каналу 18 между приемной зоной и газовыводным патрубком. Время пребывания парообразных продуктов в каждой приемной зоне ограничивают промежутком, равным 0,10-0,35 с. Поток парообразных продуктов и газов 19 разворачивают и выводят из каждой приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону.
Ограничение времени пребывания парообразных продуктов в каждой приемной зоне промежутком, равным 0,10-0,35 с, и разворот потока парообразных продуктов и газов с выводом его из каждой приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону обеспечивает разрушение вихревого потока парообразных продуктов прежде, чем он достигнет поверхности приемной зоны и тем самым предупреждает возможность перетекания этого потока обратным ходом из приемной зоны в сепарационную зону по кольцевому каналу.
Поток парообразных продуктов и газов доочищают от мелких фракций катализатора в циклонных сепараторах второй ступени 20, соединенных с приемными зонами патрубками 21, направляют в газосборную зону 22 по газовыводному патрубку 23 циклонных сепараторов второй ступени и подают в ректификационную колонну (не показана) на разделение. Уловленный в циклонных сепараторах второй ступени отработанный катализатор возвращают в отпарную зону по пылевозвратному стояку 24. Отпаренный от увлеченных углеводородов отработанный катализатор 25 направляют снизу отпарной зоны на окислительную регенерацию.
Устройство для осуществления способа каталитического крекинга углеводородного сырья включает прямоточный реактор 2, соединенный с циклонными сепараторами первой ступени 6 и снабженный средствами для ввода сырья 3, водяного пара 26 и регенерированного катализатора 27, и сепарационную камеру 28, внутри которой размещены последовательно соединенные циклонные сепараторы первой ступени 6, приемные камеры 29, циклонные сепараторы второй ступени 20 и газосборная камера 30.
Ниже сепарационной камеры размещена отпарная камера 31, соединенная с сепарационной камерой. Отпарная камера снабжена средствами для ввода водяного пара 12 и вывода отработанного катализатора 32.
Число приемных камер равно числу циклонных сепараторов первой ступени. Каждая приемная камера установлена таким образом, что верхний участок газовыводного патрубка окружен нижним участком приемной камеры с образованием кольцевого зазора. Циклонные сепараторы первой и второй ступени 6, 20 оборудованы пылевозвратными стояками 9, 24, соединенными с отпарной камерой.
Каждая приемная камера снабжена боковыми патрубками 21, установленными на расстоянии 0,12-0,28 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка 16 под углом 50-90° к ее продольной оси. Боковые патрубки соединены с циклонными сепараторами второй ступени. Каждая приемная камера снабжена также крышкой 33, установленной на расстоянии 0,8-1,9 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка.
Снабжение каждой приемной камеры боковыми патрубками, установленными на расстоянии 0,12-0,28 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка под углом 50-90° к продольной оси приемной камеры и соединенными с циклонными сепараторами второй ступени, и крышкой, установленной на расстоянии 0,8-1,9 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка, обеспечивает ограничение времени пребывания парообразных продуктов в каждой приемной камере промежутком, равным 0,10-0,35 с, и разворот потока парообразных продуктов и газов с выводом его из каждой приемной камеры под углом 50-90°, что, в свою очередь, предупреждает расширение вихревого потока парообразных продуктов до стенки приемной камеры и обеспечивает быстрое и эффективное его разрушение. В результате исключается перетекание парообразных продуктов из приемных камер в сепарационную камеру, что позволяет свести к минимуму протекание нежелательных вторичных термических и каталитических реакций в сепарационной камере и повысить благодаря этому выход и качество целевых продуктов, а также предотвратить образование коксовых отложений на участке приемной камеры выше боковых патрубков.
Ниже приведены конкретные примеры использования известного и предлагаемого способов каталитического крекинга углеводородного сырья и устройств для его осуществления применительно к промышленной установке каталитического крекинга производительностью 125 т/ч.
Сравнительные показатели процесса каталитического крекинга углеводородного сырья по известному и предлагаемому способам с применением известного и предлагаемого устройств представлены в таблице.
Пример 1
Каталитическому крекингу подвергают прямогонный вакуумный газойль с пределами выкипания 328-538°C. Характеристики углеводородного сырья: плотность 917 кг/м3, содержание серы 2,05 мас.%, содержание основного азота 0,09 мас.%, коксуемость по Конрадсону 0,21 мас.%, содержание тяжелых металлов (ванадия и никеля) 0,7 мг/кг.
В качестве катализатора используют микросферический цеолитсодержащий катализатор со следующими характеристиками: насыпная плотность 773 кг/м3, удельный объем пор 0,34 см3/г, удельная поверхность 140 м2/г; гранулометрический состав, мас.%: фракция мельче 40 мкм 4; фракция мельче 60 мкм 21; фракция мельче 80 мкм 53; фракция мельче 100 мкм 85. Химический состав катализатора, мас.%: оксид алюминия 48,0; оксид натрия 0,25; оксиды редкоземельных элементов 3,0. Расход свежего катализатора 0,6 кг/т перерабатываемого сырья.
Каталитический крекинг осуществляют в прямоточном реакторе при времени контактирования углеводородного сырья с катализатором 2,6 с. Парообразные продукты отделяют на выходе из прямоточного реактора от отработанного катализатора в двух циклонных сепараторах первой ступени с эффективностью сепарации 96%. Уловленный отработанный катализатор направляют по пылевозвратному стояку циклонных сепараторов первой ступени в отпарную зону, куда вместе с ним увлекается 3 мас.% парообразных продуктов. Образованные в отпарной зоне газы, состоящие из смеси отпаренных углеводородов и водяного пара, выводят в сепарационную зону, температура в которой составляет 515°C. Парообразные продукты из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени подают непосредственно в приемные зоны, где смешивают с газами, поступающими из сепарационной зоны по кольцевому каналу между приемной зоной и газовыводным патрубком.
В соответствии с предлагаемым способом время пребывания парообразных продуктов в приемной зоне составляет 0,15 с. Поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 90° к направлению его ввода в эту зону. В устройстве для осуществления предлагаемого способа каждая из двух приемных камер диаметром 1060 мм снабжена боковым патрубком, установленным на расстоянии 0,15 диаметра приемной камеры (159 мм) от верхнего края газовыводного патрубка под углом 90° к ее продольной оси. Каждый боковой патрубок соединен с циклонным сепаратором второй ступени. Приемная камера снабжена также крышкой, установленной на расстоянии 1,2 диаметра приемной камеры (1272 мм) от верхнего края газовыводного патрубка.
При этих условиях вихревой поток парообразных продуктов, выходящий из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени, не достигает стенок приемной камеры и разрушается при развороте и выводе через боковой патрубок. В результате исключается перетекание парообразных продуктов из приемных зон в сепарационную зону через кольцевой канал между приемной зоной и газовыводным патрубком. Это позволяет свести к минимуму протекание нежелательных вторичных термических и каталитических реакций в сепарационной зоне при повышенной температуре и, как следствие, снизить газо- и коксообразование в процессе каталитического крекинга. Улучшение селективности процесса дает возможность повысить температуру на выходе из прямоточного реактора до 535°C и кратность циркуляции катализатора до 7,0 кг/кг свежего сырья при одновременном снижении выхода сухого газа до 2,5 мас.%.
Благодаря этому выход бензина увеличивается на 1,9 мас.%, октановое число бензина повышается на 1,2 пункта по моторному методу и на 1,4 пункта по исследовательскому методу.
Пример 2
Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Время пребывания парообразных продуктов в приемной зоне составляет 0,10 с. Поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 50° к направлению его ввода в эту зону. В устройстве для осуществления предлагаемого способа каждая приемная камера снабжена боковым патрубком, установленным на расстоянии 0,12 диаметра приемной камеры (127 мм) от верхнего края газовыводного патрубка под углом 50° к ее продольной оси, а также крышкой, установленной на расстоянии 0,8 диаметра приемной камеры (848 мм) от верхнего края газовыводного патрубка. При этих условиях исключается перетекание парообразных продуктов из приемных зон в сепарационную зону, что позволяет повысить температуру на выходе из прямоточного реактора до 535°C и кратность циркуляции катализатора до 7,0 кг/кг свежего сырья при одновременном снижении выхода сухого газа до 2,5 мас.%.
Как видно из таблицы, в результате использования предлагаемого способа и устройства для его осуществления выход бензина увеличивается на 1,9 мас.%, октановое число бензина повышается на 1,2 пункта по моторному методу и на 1,4 пункта по исследовательскому методу.
Пример 3
Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Время пребывания парообразных продуктов в приемной зоне составляет 0,35 с. Поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 90° к направлению его ввода в эту зону. В устройстве для осуществления предлагаемого способа каждая приемная камера снабжена боковым патрубком, установленным на расстоянии 0,28 диаметра приемной камеры (297 мм) от верхнего края газовыводного патрубка под углом 90° к ее продольной оси, а также крышкой, установленной на расстоянии 1,9 диаметра приемной камеры (2014 мм) от верхнего края газовыводного патрубка.
При этих условиях исключается перетекание парообразных продуктов из приемных зон в сепарационную зону, что позволяет повысить температуру на выходе из прямоточного реактора до 535°C и кратность циркуляции катализатора до 7,0 кг/кг свежего сырья при одновременном снижении выхода сухого газа до 2,6 мас.%.
Как видно из таблицы, в результате использования предлагаемого способа и устройства для его осуществления выход бензина увеличивается на 1,8 мас.%, октановое число бензина повышается на 1,2 пункта по моторному методу и на 1,4 пункта по исследовательскому методу.
Пример 4 (для сравнения).
Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Время пребывания парообразных продуктов в приемной зоне составляет 0,08 с. Поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 45° к направлению его ввода в эту зону. В устройстве для осуществления предлагаемого способа каждая приемная камера снабжена боковым патрубком, установленным на расстоянии 0,10 диаметра приемной камеры (106 мм) от верхнего края газовыводного патрубка под углом 45° к ее продольной оси, а также крышкой, установленной на расстоянии 0,6 диаметра приемной камеры (636 мм) от верхнего края газовыводного патрубка.
По сравнению с вариантом использования способа и устройства для его осуществления в условиях, соответствующих заданным пределам, в этом случае вихревой поток парообразных продуктов, выходящий из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени, не разрушается в полной мере из-за малого угла между направлениями вывода потока парообразных продуктов и газов из приемной зоны и его ввода в эту зону. Вращение потока парообразных продуктов продолжается в боковом патрубке, откуда его часть в количестве 3,5 мас.% перетекает обратным ходом сначала в приемную зону и далее через кольцевой канал между приемной зоной и газовыводным патрубком циклонного сепаратора первой ступени в сепарационную зону.
В сепарационной зоне имеют место нежелательные превращения парообразных продуктов в результате протекания вторичных термических и каталитических реакций, приводящие к повышению газо- и коксообразования. Вследствие этого снижается температура на выходе из прямоточного реактора до 531°C и кратность циркуляции катализатора до 6,7 кг/кг свежего сырья.
Как видно из таблицы, в результате выход сухого газа повышается на 0,5 мас.%, выход бензина снижается на 0,9 мас.%, октановое число бензина падает на 0,6 пункта по моторному методу и на 0,7 пункта по исследовательскому методу.
Пример 5 (для сравнения)
Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Время пребывания парообразных продуктов в приемной зоне составляет 0,38 с. Поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 95° к направлению его ввода в эту зону. В устройстве для осуществления предлагаемого способа каждая приемная камера снабжена боковым патрубком, установленным на расстоянии 0,3 диаметра приемной камеры (318 мм) от верхнего края газовыводного патрубка под углом 95° к ее продольной оси, а также крышкой, установленной на расстоянии 2,0 диаметра приемной камеры (2120 мм) от верхнего края газовыводного патрубка.
По сравнению с вариантами использования способа и устройства для его осуществления в условиях, соответствующих заданным пределам, в этом случае вихревой поток парообразных продуктов, выходящий из газовыводного патрубка циклонных сепараторов первой ступени из-за продолжительного времени пребывания в приемной зоне достигает ее поверхности прежде, чем он подвергается разрушению при развороте и выводе через боковой патрубок.
В результате часть парообразных продуктов в количестве 3,1 мас.% перетекает обратным ходом из приемной зоны в сепарационную зону, где имеют место их нежелательные превращения с повышением газо- и коксообразования. Вследствие этого снижается температура на выходе из прямоточного реактора до 532°C и кратность циркуляции катализатора до 6,7 кг/кг свежего сырья.
Как видно из таблицы, в результате выход сухого газа повышается на 0,4 мас.%, выход бензина снижается на 0,8 мас.%, октановое число бензина падает на 0,5 пункта по моторному методу и на 0,6 пункта по исследовательскому методу.
Как следует из представленных в примерах данных, при одинаковых условиях эксплуатации предлагаемый способ каталитического крекинга углеводородного сырья и устройство для его осуществления с пребыванием парообразных продуктов в каждой приемной зоне в течение 0,10-0,35 с, выводом потока парообразных продуктов и газов из каждой приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону, снабжением каждой приемной камеры боковыми патрубками, установленными на расстоянии 0,12-0,28 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка под углом 50-90° к ее продольной оси и соединенными с циклонными сепараторами второй ступени, и крышкой, установленной на расстоянии 0,8-1,9 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка, исключают перетекание парообразных продуктов из приемных зон в сепарационную зону через кольцевой канал между приемной зоной и газовыводным патрубком, что позволяет свести к минимуму протекание вторичных термических и каталитических реакций в сепарационной зоне, приводящих к нежелательным превращениям парообразных продуктов и, как следствие, снизить газо- и коксообразование в процессе каталитического крекинга. Улучшение селективности процесса, в конечном итоге, обеспечивает увеличение выхода бензина на 1,8-1,9 мас.% и повышение октанового числа бензина на 1,2 пункта по моторному методу и на 1,4 пункта по исследовательскому методу.
| Сравнение показателей процесса каталитического крекинга по известному и предлагаемому способам с применением известного и предлагаемого устройств | |||||||
| № | Известные способ и устройство | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 (для сравнения) | Пример 5 (для сравнения) | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1 | Время пребывания парообразных продуктов в приемной зоне, с | 1,00 | 0,15 | 0,10 | 0,35 | 0,08 | 0,38 |
| 2 | Угол вывода потока парообразных продуктов и газов из приемной зоны к направлению ввода этого потока в приемную зону, град | 90 | 90 | 50 | 90 | 45 | 95 |
| 3 | Угол между продольной осью приемной камеры и ее боковым патрубком, град | 90 | 90 | 50 | 90 | 45 | 95 |
| 4 | Расстояние от бокового патрубка приемной камеры до верхнего края газовыводного патрубка: | ||||||
| - доля диаметра приемной камеры | - | 0,15 | 0,12 | 0,28 | 0,10 | 0,30 | |
| - мм | - | 159 | 127 | 297 | 106 | 318 |
| Продолжение таблицы | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 5 | Расстояние от крышки приемной камеры до верхнего края газовыводного патрубка: | ||||||
| - доля диаметра приемной камеры | - | 1,2 | 0,8 | 1,9 | 0,6 | 2,0 | |
| - мм | - | 1272 | 848 | 2014 | 636 | 2120 | |
| 6 | Количество парообразных продуктов, перетекающих из приемной зоны в сепарационную зону по кольцевому каналу, мас.% | 10,0 | 0 | 0 | 0 | 3,5 | 3,1 |
| 7 | Температура на выходе из прямоточного реактора, °C | 525 | 535 | 535 | 535 | 531 | 532 |
| 8 | Кратность циркуляции катализатора, кг/кг | 6,3 | 7,0 | 7,0 | 7,0 | 6,7 | 6,7 |
| 9 | Выход сухого газа C1-C2, мас.% | 3,5 | 2,5 | 2,5 | 2,6 | 3,0 | 2,9 |
| 10 | Выход бензина (С5-205°C), мас.% | 49,9 | 51,8 | 51,8 | 51,7 | 50,9 | 51,0 |
| 11 | Октановое число бензина, пункт: | ||||||
| - моторный метод | 81,6 | 82,8 | 82,8 | 82,8 | 82,2 | 82,3 | |
| - исследовательский метод | 91,8 | 93,2 | 93,2 | 93,2 | 92,5 | 92,6 |
1. Способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов, включающий контактирование сырья и регенерированного катализатора в прямоточном реакторе, отделение парообразных продуктов от отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени, соединенных непосредственно с выходом из прямоточного реактора, подачу отработанного катализатора в отпарную зону по пылевозвратному стояку циклонных сепараторов первой ступени, погруженному в псевдоожиженный слой катализатора, и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром с выводом образованных газов в сепарационную зону, подачу парообразных продуктов непосредственно в приемные зоны и смешение в них с газами, поступающими из сепарационной зоны по кольцевому каналу между приемной зоной и газовыводным патрубком циклонных сепараторов первой ступени, доочистку потока парообразных продуктов и газов в циклонных сепараторах второй ступени, соединенных с приемными зонами, отличающийся тем, что время пребывания парообразных продуктов в каждой приемной зоне составляет 0,10-0,35 с, поток парообразных продуктов и газов выводят из каждой приемной зоны под углом 50-90° к направлению его ввода в приемную зону.
2. Устройство для осуществления каталитического крекинга углеводородного сырья, включающее прямоточный реактор, соединенный с циклонными сепараторами первой ступени и снабженный средствами для ввода сырья, водяного пара и регенерированного катализатора, сепарационную камеру, в которой размещены последовательно соединенные циклонные сепараторы первой ступени, приемные камеры, циклонные сепараторы второй ступени и газосборная камера, отпарную камеру, соединенную с сепарационной камерой и расположенную ниже нее, снабженную средствами для ввода водяного пара и вывода отработанного катализатора, причем число приемных камер равно числу циклонных сепараторов первой ступени, каждая приемная камера установлена таким образом, что верхний участок газовыводного патрубка окружен нижним участком приемной камеры с образованием кольцевого зазора, циклонные сепараторы первой и второй ступени снабжены пылевозвратными стояками, соединенными с отпарной камерой, отличающееся тем, что каждая приемная камера снабжена боковыми патрубками, установленными на расстоянии 0,12-0,28 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка под углом 50-90° к ее продольной оси и соединенными с циклонными сепараторами второй ступени, и крышкой, установленной на расстоянии 0,8-1,9 диаметра приемной камеры от верхнего края газовыводного патрубка.
