Устройство и способ регенерации катализатора
Изобретение относится к устройству для удаления отложения углерода с поверхности и пор катализатора. Изобретение касается устройства (50) для осуществления способа сжигания углеродистых отложений на катализаторе, включающего нижнюю камеру (54), имеющую основание (63) и боковые стенки (55), причем нижняя камера включает первое распределительное устройство газа для горения (66) в нижней камере и второе распределительное устройство газа для горения (74), выступающее сбоку поперек нижней камеры, выше первого распределительного устройства для горения, ввод катализатора (62) в указанную нижнюю камеру между первым распределительным устройством газа для горения и вторым распределительным устройством газа для горения, причем точка пересечения (В) основания и боковых стенок определяет первую площадь поперечного сечения; верхнюю камеру (100), включающую в себя сепараторы (98, 99) для отделения катализатора от дымовых газов, соединенную с указанной нижней камерой, выход (12) регенерированного катализатора и выход дымовых газов (110), газораспределительное устройство (108) и трубопровод 82 для рециркуляции, соединяющий верхнюю камеру с нижней камерой, входной лоток (86) катализатора указанного трубопровода для рециркуляции между первым распределительным устройством для горения (66) и вторым распределительным устройством для горения (74); переходную секцию (90) в форме усеченного конуса, причем второе распределительное устройство газа для горения (74) расположено ближе к входному лотку (62) катализатора нижней камеры, чем к указанной переходной секции, и секцию стояка (94), удлиненную вверх от нижней камеры, причем стояк имеет вторую площадь поперечного сечения, которая меньше первой площади поперечного сечения. Изобретение также касается способа сжигания углеродистых отложений на катализаторе. Технический результат - полная регенерация катализатора, повышение производительности газа для горения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу регенерации отработанного катализатора превращения углеводородов путем сжигания кокса на катализаторе во флюидизированной зоне горения. Конкретно это изобретение относится к способу превращения тяжелых углеводородов в более легкие углеводороды с использованием флюидизированного потока частиц катализатора и регенерации частиц катализатора с целью удаления кокса, который оказывает деактивирующее действие на катализатор.
Флюидизированный каталитический крекинг (ФКК) представляет собой способ превращения углеводородов, осуществляемый путем контактирования углеводородов в флюидизированной реакционной зоне с катализатором, состоящим из тонко диспергированного гранулированного материала. В отличие от гидрокрекинга, процесс каталитического крекинга проводится без добавления водорода или без потребления водорода. При протекании процесса крекинга на катализаторе осаждаются значительные количества материала с высоким содержанием углерода, который называется коксом. При проведении операции высокотемпературной регенерации в зоне регенерации кокс выжигается из катализатора. Содержащий кокс катализатор, который называется в этом изобретении отработанным катализатором, непрерывно удаляется из реакционной зоны и заменяется катализатором из зоны регенерации, который практически не содержит кокса. Флюидизация частиц катализатора с помощью различных газообразных потоков обеспечивает транспорт катализатора между реакционной зоной и зоной регенерации. Способы крекинга углеводородов в флюидизированном потоке катализатора, транспорт катализатора между реакционной зоной и зоной регенерации и сжигание кокса в регенераторе хорошо известны специалистам в области техники процессов ФКК. С этой целью уровень техники насыщен описаниями конфигурации аппаратов для контактирования частиц катализатора с сырьем и соответствующим газом регенерации.
Общей целью этих конфигураций является получение максимального выхода продукта в реакторе, при минимизации эксплуатационных затрат и стоимости оборудования. Обычно для оптимизации степени превращения сырья требуется почти полное удаление кокса из катализатора. Это практически полное удаление кокса из катализатора часто называется полной регенерацией. При полной регенерации получается катализатор, содержащий меньше, чем 0,1% и предпочтительно меньше, чем 0,05 масс.% кокса. Для того чтобы достичь полной регенерации, катализатор должен находиться в контакте с кислородом в течение достаточного времени, чтобы обеспечить исчерпывающее сгорание кокса.
Уровень техники
Обычно традиционные регенераторы представляют собой аппараты, которые включают в себя вход для отработанного катализатора, выход регенерированного катализатора и распределительное устройство для подачи воздуха в плотный слой катализатора, находящегося в аппарате. Циклонные сепараторы удаляют катализатор, увлеченный с отработанным дымовым газом, до выхода газа из аппарата регенератора. В патенте США №4610851 описан аппарат регенератора с двумя распределительными устройствами воздуха на различных уровнях, с целью обеспечения соответствующего распределения газа для горения по всему аппарату. В патенте США №5827793 рекомендуются, по меньшей мере, два распределительных устройства на различных уровнях, в нижней половине плотного слоя катализатора для поддержания условий восстановления в плотном слое. В патенте США №4843051 показаны две воздухораспределительные решетки на различных уровнях аппарата регенерации с целью обеспечения соответствующего горения. В патенте США №5773378 рекомендуется аппарат регенератора с нижним воздухораспределительным устройством, причем воздух поступает выше нижнего воздухораспределительного устройства с отработанным катализатором.
В плотном слое катализатора, который также известен как кипящий слой, дымовые газы образуют пузырьки, которые поднимаются сквозь различимую верхнюю поверхность плотного слоя катализатора. Относительно малая часть катализатора увлекается дымовыми газами, выходящими из плотного слоя. Скорость дымовых газов на поверхности обычно меньше, чем 0,3 м/с (1,0 фут/с), и плотность плотного слоя обычно больше, чем 640 кг/м3 (40 фунт/фут3), в зависимости от характеристик катализатора. Смесь катализатора и дымовых газов является гетерогенной с проникающим газом, обтекающим частицы катализатора.
Одним из способов получения полностью регенерированного катализатора является поэтапное осуществление регенерации. В патенте США №3958953 описана поэтапная проточная система, содержащая концентрические слои катализатора, разделенные перегородками, которые открыты в совместное пространство для сбора отработанного газа регенерации и отделения частиц катализатора. В патенте США №4299687 рекомендуется использовать поэтапную регенерирующую систему, имеющую совмещенные слои катализатора, в которых частицы отработанного катализатора сначала входят в верхний плотный флюидизированный слой катализатора и контактируют с газом регенерации из нижнего слоя катализатора и со свежим газом регенерации. После частичной регенерации в первой зоне регенерации, поток частиц катализатора переносится под действием гравитации в нижний слой катализатора, в который поступает поток свежего газа регенерации. В патентах США №№4695370 и 4664778 описаны два поэтапных регенератора, в которых каждая стадия осуществляется в отдельном аппарате.
Применение относительно разбавленных фаз в зоне регенерации для осуществления полной регенерации катализатора показано в патентах США №№4430201, 3844973 и 3923686. В этих патентах рекомендуется нижний плотный слой, в котором распределяется газ для горения, и верхняя транспортная зона. Дополнительный воздух распределяется в стояке, обеспечивая транспортную зону. В патентах США №№5158919 и 4272402 показана двухэтапная система, в которой объединена транспортная зона относительно разбавленной фазы, без нижней зоны плотного слоя для регенерации катализатора. Во всех этих патентах предложен верхний плотный слой, в котором собирается, по меньшей мере, частично регенерированный катализатор, выходящий из транспортной зоны.
Режимы разбавленного или транспортного течения обычно используются в реакторах ФКК с восходящим слоем катализатора. В транспортном потоке различие скоростей газа и катализатора относительно мало, причем небольшое количество катализатора возвращается обратно или удерживается в аппарате. Для катализатора в реакционной зоне сохраняются условия потока с низкой плотностью и весьма разбавленной фазой. При транспортном течении скорость газов на поверхности обычно составляет больше, чем 2,1 м/с (7,0 футов/с), и плотность катализатора обычно не больше, чем 48 кг/м3 (3 фунт/фут3). Плотность в транспортной зоне регенератора может доходить до 80 кг/м3 (5 фунт/фут3). В транспортном режиме смесь катализатора с дымовыми газами является однородной, без газовых пустот или пузырьков, образующихся в фазе катализатора.
Промежуточными между плотным, кипящим слоем и режимом разбавленного, транспортного потока являются турбулентные слои и режим быстрой флюидизации. В турбулентном слое смесь катализатора и дымовых газов не является однородной. Турбулентный слой представляет собой плотный слой катализатора с удлиненными пустотами с дымовым газом, образовавшимися внутри фазы катализатора, с менее различимой поверхностью. Унесенные частицы катализатора покидают слой вместе с дымовыми газами, причем плотность катализатора не совсем пропорциональна высоте подъема внутри реактора. В турбулентном слое скорость дымовых газов на поверхности составляет между 0,3 и 1,1 м/с (1,0 и 3,5 футов/с), и типичная плотность катализатора находится между 320 и 640 кг/м3 (20 и 40 фунт/фут3).
Быстрая флюидизация означает состояние флюидизированных твердых частиц, находящееся между турбулентным слоем частиц и режимом полного транспорта частиц. Режим быстрой флюидизации характеризуется повышенной скоростью флюидизирующего газа по сравнению со скоростью турбулентного слоя плотной фазы, что приводит к пониженной плотности катализатора и интенсивному контакту твердых частиц с газом. В зоне быстрой флюидизации существует суммарный транспорт катализатора, вызванный восходящим потоком флюидизирующего газа. В условиях быстрой флюидизации плотность катализатора гораздо более чувствительна к загрузке частиц, чем в режиме полного транспорта частиц. Поэтому можно отрегулировать время пребывания частиц катализатора таким образом, чтобы достичь желательной степени сгорания (кокса) в условиях высокоэффективного перемешивания газа и твердых частиц. В режиме быстрой флюидизации дополнительное повышение скорости флюидизирующего газа будет увеличивать скорость транспорта восходящих частиц, причем средняя плотность катализатора будет резко снижаться, пока, при соответствующей скорости газа, частицы движутся, главным образом, в режиме полного транспорта катализатора. Таким образом, существует непрерывный переход из состояния слоя флюидизированных частиц, через быструю флюидизацию, в чисто транспортный режим. Скорость дымовых газов на поверхности в режиме быстро флюидизированного потока обычно находится между 1,1 и 2,1 м/с (3,5 и 7 футов/с), и плотность обычно составляет между 48 и 320 кг/м3 (3 и 20 фунт/фут3).
В патентах США №№4849091, 4197189 и 4336160 предложена зона горения в восходящем потоке, в которой поддерживаются условия быстрой флюидизации потока. В последнем из этих патентов описан аппарат регенерации с топкой, в котором полное сгорание происходит в зоне быстрой флюидизации стояка, без необходимости добавления газа для горения в слой, собранный сверху стояка.
Топочная камера представляет собой тип регенератора, в котором катализатор полностью регенерируется в нижней камере сгорания в условиях быстрой флюидизации потока с относительно малым количеством избыточного кислорода. Регенерированный катализатор и отработанные дымовые газы переносятся в стояке в камеру разделения, в которой происходит значительное сгорание. Регенерированный катализатор из камеры разделения рециркулирует в нижнюю фазу сгорания, чтобы нагреть отработанный катализатор до начала процесса горения. Рециркуляция регенерированного катализатора обеспечивает теплоту для ускоренного сгорания нижней фазы катализатора. Топочные камеры являются выгодными по причине их высокой эффективности потребления кислорода.
Поскольку установки ФКК пользуются повышенным спросом, требуются аппараты для сгорания, способные обрабатывать катализатор с большей пропускной способностью. В аппараты для сгорания добавляются большие количества газа для горения, чтобы сжечь большие количества катализатора. Когда возрастает скорость потока газа для горения, также возрастает скорость потока катализатора между топочной камерой и камерой разделения. Поэтому, если не увеличить топочную камеру аппарата для сгорания, время пребывания катализатора в нижней зоне будет уменьшаться, и таким образом, будет снижаться степень сгорания, которая должна быть достигнута до поступления катализатора в камеру разделения.
Краткое изложение изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству для удаления отложений углерода, называемых коксом, с поверхности и пор катализатора, используемого в процессах превращения углеводородов. Сочетание условий турбулентного слоя и быстрой флюидизации в аппарате регенерации обеспечивает соответствующее время пребывания для регенерации отработанного катализатора крекинга углеводородов. В топочной камере используются гибридные условия с целью полной регенерации катализатора. Плотный слой полностью регенерированного катализатора собирается в камере разделения. Настоящее изобретение может быть использовано для повышения производительности газа для горения с целью обеспечения соответственно повышенной производительности катализатора, при одновременном сохранении контакта газа для горения с катализатором в течение достаточного времени пребывания.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 приведен схематический вид в вертикальном разрезе установки ФКК, включающей в себя настоящее изобретение.
На фигуре 2 приведен схематический вид в вертикальном разрезе альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Способ и устройство настоящего изобретения могут быть осуществлены в установке ФКК. На фигуре 1 приведена установка ФКК, которая включает в себя аппарат реактора 10 и аппарат для сгорания 50. Напорная труба 12 переносит катализатор из аппарата для сгорания 50 со скоростью, которая регулируется с помощью задвижки 14, в аппарат реактора 10. Флюидизирующая среда, такая как водяной пар из форсунки 16, транспортирует катализатор вверх по стояку 18 при относительно высокой плотности, пока множество сырьевых форсунок 20 (показана только одна) впрыскивают сырье поперек потока частиц катализатора. Образовавшаяся смесь продолжает двигаться вверх по стояку 18, пока пара разъединяющих кронштейнов 22 тангенциально выпускает смесь газа и катализатора сверху стояка 18 через проходы 24 в зону отделения 26, в которой осуществляется отделение газов от катализатора. Транспортный трубопровод 28 переносит пары углеводородов, в том числе отпаренные углеводороды, отпаривающую среду и увлеченный катализатор, в один или несколько циклонов 30 в резервуаре сепаратора 32, в котором отработанный катализатор выделяется из потока углеводородных паров. Сборная камера 34 в резервуаре сепаратора 32 собирает поток отделенных углеводородных паров из циклонов 30 для прохода в выпускную форсунку 36 и окончательно в зону извлечения путем фракционирования (не показана). В погружных стойках 38 катализатор из циклонов 30 выгружается в нижнюю часть сепараторного резервуара 32, из которого катализатор и адсорбированные или увлеченные углеводороды окончательно проходят в отпарную секцию 40 сквозь проходы 42, выполненные в стенке разделяющего резервуара 26, Катализатор, выделенный в разделяющем резервуаре 26, проходит непосредственно в отпарную секцию 40. Эта отпарная секция 40 содержит перегородки 43, 44 для облегчения перемешивания отпаривающего газа и катализатора. Отпаривающий газ входит в нижнюю часть отпарной секции 40, по меньшей мере, через один вход 46 в одно или несколько распределительных устройств (не показаны). Отработанный катализатор покидает отпарную секцию 40 через трубопровод 48 реактора и проходит в аппарат для сгорания 50 со скоростью, регулируемой задвижкой 52.
В аппарате для сгорания 50 используется гибридный режим турбулентного слоя и быстрой флюидизации в высокоэффективной камере сгорания 54 для полной регенерации отработанного катализатора. Камера сгорания 54 аппарата для сгорания 50 включает в себя три зоны горения: турбулентную зону 56, зону быстрой флюидизации 58 и транспортную зону 60. Трубопровод 48 реактора подает отработанный катализатор в камеру сгорания 54 через впускной лоток 62 для отработанного катализатора в точке входа "А". Эллиптическое основание 63 камеры сгорания 54 определяет площадь поперечного сечения в линии пересечения "В" с боковой стенкой 55 камеры сгорания 54 ниже впускного лотка 62 отработанного катализатора. Обычно отработанный катализатор из реакторного резервуара 10 содержит углерод в количестве от 0,2 до 2 масс.%, который присутствует в виде кокса. Хотя кокс, главным образом, состоит из углерода, он может содержать от 3 до 12 масс.% водорода, а также серы и других материалов. Кислородсодержащий газ для горения, обычно воздух, поступает в камеру сгорания 54 аппарата для сгорания 50 на двух уровнях. Первый поток газа для горения поступает в камеру сгорания 54 на низком уровне через нижний трубопровод 64 и распределяется поперек турбулентной зоны 56 с помощью нижнего распределительного устройства 66. Отверстия 68 в нижнем распределительном устройстве 66 выпускают газ для горения в вертикальной проекции, которая находится ниже, чем точка ввода "А" отработанного катализатора в камеру сгорания 54. Когда газ для горения поступает в зону горения, он контактирует с отработанным катализатором, который накапливается в турбулентном слое 70 катализатора в турбулентной зоне 56. Газ для горения распределяется из нижнего распределительного устройства 66, обеспечивая скорость газов на поверхности меньше, чем 1,1 м/с (3,5 футов/с), которая недостаточна для разрушения турбулентного слоя 70 катализатора в турбулентной зоне 56. Другими словами, скорость газа из нижнего распределительного устройства 66 будет недостаточной для увлечения катализатора и удаления катализатора из слоя, таким образом, сохраняется катализаторный слой 70. В турбулентной зоне 56 плотность катализатора составляет от 320 до 640 кг/м3 (20-40 фунт/фут3).
Второй поток газа для горения поступает в зону быстрой флюидизации 58 камеры сгорания 54 через верхний трубопровод 72 и распределяется по всей камере сгорания 54 с помощью верхнего распределительного устройства 74. Отверстия 76 в верхнем распределительном устройстве 74 выпускают газ для горения в вертикальной проекции, которая выше, чем точка "А" ввода отработанного катализатора в аппарат для сгорания 50, через входной лоток 62 для отработанного катализатора, и выше, чем точка ввода первого потока газа для горения, через нижнее распределительное устройство 66. Поэтому в этом варианте осуществления точка "А" ввода расположена вертикально между верхним распределительным устройством 74 и нижним распределительным устройством 66. В другом варианте осуществления в зоне быстрой флюидизации 58 камеры сгорания 54 распределяется меньше газа для горения через верхнее распределительное устройство 74, чем через нижнее распределительное устройство 66. Однако, когда скорость потока газа для горения из нижнего распределительного устройства 66 суммируется со скоростью потока газа для горения из верхнего распределительного устройства 74, общая поверхностная скорость газа для горения в камере сгорания 54 достигает, по меньшей мере, 1,1 м/с (3,5 футов/с), поступая в зону быстрой флюидизации 58 в режиме потока быстрой флюидизации. В одном варианте осуществления в зоне быстрой флюидизации 58 плотность катализатора может составлять от 48 до 320 кг/м3 (от 3 до 20 фунт/фут3), а скорость газов на поверхности от 1,1 до 2,2 м/с (от 3,5 до 7 футов/с). Выше отверстий 76 обеспечивается постепенный переход из зоны турбулентности 56 в зону быстрой флюидизации 58. В зоне быстрой флюидизации 58 плотность катализатора будет снижаться пропорционально высоте.
Переход от турбулентного слоя в флюидизированный проточный режим не отображается различимым поверхностным слоем. Поэтому совокупность снижающихся значений плотности катализатора может простираться от турбулентного слоя 70 вверх камеры сгорания 54. Скорость снижения плотности катализатора по высоте камеры сгорания 54 будет снижаться пропорционально скорости, с которой катализатор поступает в камеру сгорания 54.
В варианте осуществления для ускорения сгорания кокса в камере сгорания 54, горячий регенерированный катализатор из плотного катализаторного слоя 78 в верхней камере 80 может рециркулировать в камеру сгорания 54 через напорную трубу 82 расширенного рецикла, регулируемого распределительным клапаном 84. Горячий регенерированный катализатор поступает в камеру сгорания 54 через входной лоток 86. Рециркуляция регенерированного катализатора, путем смешивания катализатора из плотного катализаторного слоя 78 с относительно холодным отработанным катализатором из реакторного трубопровода 48, поступающим в камеру сгорания 54, повышает общую температуру катализатора и газовой смеси в турбулентной зоне 56. За исключением использования напорной трубы 82 расширенного рецикла, могут быть использованы некоторые другие способы осуществления рециркуляции катализатора. Например, катализатор может быть перемещен внутри аппарата, с использованием внутренней напорной трубы (не показано). Высота загрузки частиц катализатора в камере сгорания 54 может регулироваться путем увеличения скорости рециркулирующего потока катализатора через распределительный клапан 84, без воздействия на скорость потока отработанного катализатора через задвижку 52. Регенерированный катализатор может поступать через входной лоток 86 на том же уровне, что и точка ввода "А" отработанного катализатора через входной лоток 62 отработанного катализатора. Однако в варианте осуществления регенерированный катализатор поступает в камеру сгорания 54 между нижним распределительным устройством 66 и верхним распределительным устройством 74 для того, чтобы иметь возможность более интенсивного теплообмена в турбулентном слое 70.
Путем распределения газа для горения на двух уровнях, выше и ниже точки ввода "А" катализатора, в камеру сгорания 54 может быть добавлено больше газа для горения на катализатор, без немедленной реализации условий быстрой флюидизации потока в камере сгорания 54 и нарушения турбулентного слоя 70. Поэтому переход между турбулентной зоной 56 и зоной быстрой флюидизации 58 может распространяться почти до верхнего распределительного устройства 74 или выше этого устройства 74. Отработанный катализатор находится в контакте с газом для горения в течение более длительного времени пребывания в камере сгорания 54. Более того, если весь газ для горения вводится выше точки поступления "А" отработанного катализатора, большая часть отработанного катализатора в турбулентном слое 70 будет подвергаться флюидизации только после длительной задержки и застоя.
Смесь катализатора и газа в зоне быстрой флюидизации 58 поднимается через переходную секцию 90 в форме усеченного конуса в транспортную зону 60 в секции стояка 94 камеры сгорания 54, которая эксплуатируется при более высокой скорости газов на поверхности, чем в зоне быстрой флюидизации 58 или в турбулентной зоне 56, ниже переходной секции 90. Повышенная скорость газа обусловлена уменьшением площади поперечного сечения секции стояка 94 по сравнению с площадью поперечного сечения камеры сгорания 54, ниже переходной секции 90. Площадь поперечного сечения секции стояка 94 меньше, чем площадь поперечного сечения камеры сгорания 54 ниже входного лотка 62 для отработанного катализатора в точке пересечения "В" для того, чтобы обеспечить повышенную поверхностную скорость. Поэтому скорость газа на поверхности обычно будет превышать 2,2 м/с (7 футов/с). В транспортной зоне 60 катализатор будет иметь плотность меньше, чем 80 кг/м3 (5 фунт/фут3).
Кроме того, аппарат для сгорания 50 включает в себя расположенную выше камеру разделения 100. Смесь частиц катализатора и газа для горения, который является отработанным из-за потребления кислорода, выбрасывается из верхней части секции стояка 94 в камере разделения 100. Практически полностью регенерированный катализатор выходит вверху транспортной зоны 60. Выброс осуществляется через разъединяющее устройство 96, в котором отделяется большая часть регенерированного катализатора от отработанного газа регенерации. Начальное отделение катализатора на выходе из секции стояка 94 минимизирует нагрузку катализатора на циклонные сепараторы 98, 99 или другие последующие устройства, применяемые для практически полного удаления частиц катализатора из отработанного газа регенерации, и таким образом, снижаются суммарные затраты на оборудование. Различные проточные устройства, известные специалистам в этой области техники, могут осуществлять предварительное разделение катализатора и газа, что может быть удобно для применения в качестве отсоединяющего устройства 96. В варианте осуществления катализатор и газ, поступающий наверх секции стояка 94, воздействует на верхнюю эллиптическую крышку 61 секции стояка 94, и поток обращается. Затем катализатор и газ выходят через направленные наклонно отверстия в боковых кронштейнах 97 отсоединяющего устройства 96. Внезапная потеря количества движения и возврат потока вниз вызывают падение, по меньшей мере, 70% и предпочтительно 80 масс.% более тяжелого катализатора в более плотный катализаторный слой 78, а более легкий газ для горения и меньшая часть катализатора, еще увлеченная с потоком, поднимается вверх в освобожденное пространство 102 камеры разделения 100.
Падающие вниз частицы освобожденного катализатора собираются в плотном слое катализатора 78. Плотность катализатора в плотном катализаторном слое 78 обычно поддерживается в диапазоне от 640 до 960 кг/м3 (40-60 фунт/фут3). Флюидизирующий трубопровод 106 подает флюидизирующий газ, типично воздух, в плотный катализаторный слой 78 через флюидизирующее распределительное устройство 108. Приблизительно не больше, чем 2% от всего необходимого для процесса количества газа поступают в плотный катализаторный слой 78 через флюидизирующее распределительное устройство 108. Здесь газ добавляется не с целью сгорания, а только с целью флюидизации для того, чтобы катализатор мог плавно выходить через напорные трубы 82 и 12. Флюидизирующий газ, добавляемый через флюидизирующее распределительное устройство 108, может быть дымовым газом.
Совокупность газа для сжигания, флюидизирующего газа и увлеченных частиц катализатора поступает в одно или несколько устройств разделения, таких как циклонные сепараторы 98, 99, в которых катализаторная пыль отделяется от газа. Отработанные дымовые газы, относительно свободные от катализатора, выбрасываются из аппарата для сгорания 50 через выпускной трубопровод 110, в то время как извлеченный катализатор возвращается в плотный катализаторный слой 78 через соответствующие погружные стойки 112, 113 или другие аналогичные средства. В газах выше выхода из транспортной зоны 60 присутствует от 10 до 30 масс.% катализатора, вышедшего из камеры сгорания 54, и газ поступает в циклонные сепараторы 98, 99. Катализатор из плотного катализаторного слоя 78 переносится в напорную трубу 12 аппарата для сгорания обратно в резервуар реактора 10, где он снова контактирует с сырьем, когда продолжается процесс ФКК.
В камере сгорания 54 обеспечиваются области пониженной плотности катализатора и продолжительные периоды интенсивного перемешивания, которые считаются наиболее эффективными для сгорания кокса и характеризуют высокую эффективность регенерации. Поэтому добавление газа для сжигания в условиях, способствующих высокой эффективности регенерации, является достаточным для удаления всего кокса из отработанного катализатора, поступающего в камеру сгорания 54. Газ для горения может подаваться в трубопроводы 64, 72 и 106 по одной и той же линии, однако в варианте осуществления скорость подачи сырья в нижний трубопровод 64 должна быть выше, чем в верхний трубопровод 72.
Таким образом, реакционная зона ФКК, в связи с настоящим изобретением может быть использована в способе с традиционным сырьем ФКК или с боле высоко кипящим углеводородным сырьем. Таким наиболее общим традиционным сырьем является "вакуумный газойль" (VGO), который обычно представляет собой углеводородный материал, имеющий диапазон кипения от 343° до 552°С (650°-1025°F) и полученный путем вакуумного фракционирования остатка атмосферной перегонки. Обычно такая фракция содержит мало предшественников кокса и примесей тяжелых металлов, которые могут загрязнять катализатор. Тяжелое углеводородное сырье, которое может быть использовано в настоящем изобретении, включает в себя тяжелые остатки сырой нефти, тяжелую битумную сырую нефть, сланцевое масло, экстракт битуминозного песка, деасфальтизированный остаток, продукты сжижения угля, отбензиненную нефть атмосферной и вакуумной перегонки. Кроме того, виды тяжелого сырья для настоящего изобретения включают смеси указанных выше углеводородов. Однако приведенный выше перечень не предназначается для исключения других подходящих видов сырья для применения в этом способе. Кроме того, фракции тяжелых углеводородов характеризуются наличием значительного количества загрязняющих металлов. Эти металлы накапливаются на катализаторе и отравляют катализатор путем блокирования активных центров и способствуют чрезмерно глубокому крекингу, и таким образом, препятствуют процессу реакции. Поэтому при переработке тяжелого сырья с помощью настоящего изобретения допускается использование пассивации или другие приемы пассивации металлов в самой реакционной зоне или до нее.
Следовательно, одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно обеспечивает регенерацию увеличенных количеств отработанного катализатора путем обработки его пропорционально большим количеством газа для горения без выдувания катализатора из зоны регенерации до завершения регенерации. Что касается потребности в кислороде или воздухе, обычно в аппарате для сгорания настоящего изобретения требуются 14 кг воздуха на 1 кг удаляемого кокса для того, чтобы получить полную регенерацию. Когда регенерируется большее количество катализатора, в традиционном аппарате процесса можно переработать большее количество сырья.
Другой вариант осуществления изобретения показан на фиг.2, где изображен несколько видоизмененный аппарат для сгорания 50'. Номера позиций аналогичных элементов на фиг.2 обозначаются так же, как на фиг.1, но отличаются символом штриха ('). Аналогичные элементы на обеих фигурах 1 и 2 будут обозначены такими же позициями. Аппарат для сгорания 50' имеет нижний смешивающий стояк 120 для объединения отработанного катализатора, регенерированного катализатора и газа регенерации. Горячий регенерированный катализатор, транспортируемый вниз по удлиненной напорной трубе 82', встречается с отработанным катализатором, входящим в нижний смешивающий стояк 120 через реакторный трубопровод 48'. Отработанный и регенерированный катализаторы контактируют, по меньшей мере, с частью первого потока кислородсодержащего газа для горения из нижнего трубопровода 64' в нижней части нижнего смешивающего стояка 120. Основание 63' камеры сгорания 54', имеющее форму усеченного конуса, определяет площадь поперечного сечения в точке пересечения "В"' с боковой стенкой 55' камеры сгорания 54', ниже отверстий 68', где катализатор поступает в камеру сгорания 54' в точке ввода "А"'. Площадь поперечного сечения секции стояка 94' меньше, чем площадь поперечного сечения камеры сгорания 54', ниже отверстий 68', чтобы обеспечить повышенное значение поверхностной скорости через секцию стояка 94'. Кроме того, нижний смешивающий стояк 120 имеет площадь поперечного сечения меньше, чем площадь поперечного сечения камеры сгорания 54' ниже отверстий 68', чтобы облегчить хорошее смешивание частиц катализатора и газового потока. Кроме того, нижний смешивающий стояк 120 имеет площадь поперечного сечения, которая меньше площади поперечного сечения секции стояка 94'. После смешивания катализатор и газовая смесь поступают в зону турбулентности 56' камеры сгорания 54' через отверстия 68' в нижнем распределительном устройстве 66'. Скорость потока газа для горения из нижнего трубопровода 64' является недостаточной для создания поверхностной скорости в камере сгорания 54', которая могла бы обеспечить режим быстрой флюидизации. Поэтому в турбулентной зоне 56' камеры сгорания 54' обеспечивается турбулентный слой 70'. Дополнительный газ для горения из верхнего трубопровода 72' добавляется с помощью верхнего распределительного устройства 74', который в сочетании с газом для горения из нижнего распределительного устройства 66' создает условия быстрой флюидизации потока в зоне быстрой флюидизации 58'. Катализатор и газ для горения, поднимающиеся в транспортную зону 60', выходят через разъединяющее устройство 96' в камеру разделения 100' для того, чтобы отделить катализатор, падающий в плотный катализаторный слой 78' из восходящего потока отработанных дымовых газов. Отработанные дымовые газы поднимаются в циклонные сепараторы 98', 99', которые отделяют дополнительно увлеченный катализатор, и выходят через трубопровод 110'. Флюидизирующий трубопровод 106' подает газ, который может быть дымовым газом, в плотный катализаторный слой 78' через флюидизирующее распределительное устройство 108', чтобы флюидизировать катализатор в плотном катализаторном слое 78'. Часть регенерированного катализатора может возвращаться в камеру сгорания 54' через удлиненную напорную трубу 82' для рециркуляции и нижний смешивающий стояк 120, чтобы нагреть отработанный катализатор в турбулентном слое 70', и оставшаяся часть регенерированного катализатора возвращается в аппарат реактора 10 на фигуре 1 через напорную трубу 12' аппарата сжигания, чтобы контактировать со свежим сырьем. Все другие аспекты аппарата для сгорания 50' с нижним смешивающим стояком 120 аналогичны аппарату для сгорания 50 на фиг.1. Эксплуатация смешивающего стояка более подробно описана в патенте США №4340566, который введен в это изобретение как ссылка.
На фигурах 1 и 2 показаны зоны регенерации симметричной конфигурации с камерами разделения 100, 100', расположенными выше в камерах сгорания 54, 54'. Однако зоны турбулентности 56, 56', зоны быстрой флюидизации 58, 58' и транспортные зоны 60, 60' могут находиться в отдельном аппарате для сгорания или располагаться вблизи резервуара, содержащего камеры разделения 100, 100'. В этом варианте осуществления катализатор перемещается из аппарата для сгорания в резервуар сепаратора с помощью трубопровода. Таким образом, применение настоящего изобретения не ограничивается симметричной конфигурацией регенератора, но может быть модифицированным аппаратом регенератора с плотным слоем.
1. Устройство (50) для осуществления способа сжигания углеродистых отложений на катализаторе, которое включает:
нижнюю камеру (54), имеющую основание (63) и боковые стенки (55), причем нижняя камера включает первое распределительное устройство газа для горения (66) в нижней камере и второе распределительное устройство газа для горения (74), выступающее сбоку поперек нижней камеры выше первого распределительного устройства для горения, ввод катализатора (62) в указанную нижнюю камеру между первым распределительным устройством газа для горения и вторым распределительным устройством газа для горения, причем точка пересечения (В) основания и боковых стенок определяет первую площадь поперечного сечения;
верхнюю камеру (100), соединенную с указанной нижней камерой, причем указанная верхняя камера включает в себя сепараторы (98, 99) для отделения катализатора от дымовых газов, выход (12) регенерированного катализатора и выход дымовых газов (110), газораспределительное устройство (108) и трубопровод (82) для рециркуляции, соединяющий верхнюю камеру с нижней камерой, входной лоток (86) катализатора указанного трубопровода для рециркуляции между первым распределительным устройством для горения (66) и вторым распределительным устройством для горения (74);
переходную секцию (90) в форме усеченного конуса, причем второе распределительное устройство газа для горения (74) расположено ближе к входному лотку (62) катализатора нижней камеры, чем к указанной переходной секции, и
секцию стояка (94), удлиненную вверх от нижней камеры, причем стояк имеет вторую площадь поперечного сечения, которая меньше первой площади поперечного сечения.
2. Устройство по п.1, в котором вверху стояка имеется приспособление (96) для первоначального отделения катализатора от дымовых газов.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором катализатор и газ для горения смешиваются вместе и распределяются в нижней камере с помощью распределительного устройства (66') первого газа для горения.
4. Устройство по п.1 или 2, в котором газораспределительное устройство (108) расположено в верхней камере.
5. Способ сжигания углеродистых отложений на катализаторе, осуществляемый в устройстве по п.1, который включает:
введение отработанного катализатора в нижнюю камеру (54) через ввод (62) отработанного катализатора;
распределение газа для горения в нижней камере ниже ввода отработанного катализатора со скоростью, при которой сохраняется слой катализатора;
распределение газа для горения в нижней камере выше ввода отработанного катализатора со скоростью в такой степени, что когда газ для горения распределяется ниже ввода отработанного катализатора, то он будет увлекать за собой катализатор с газом для горения, причем большее количество газа для горения распределяется ниже ввода отработанного катализатора, чем выше ввода отработанного катализатора;
подъем катализатора, увлеченного с газом для горения, до выхода (96) из указанной нижней камеры в верхнюю камеру (100);
выделение катализатора из указанных дымовых газов;
сбор катализатора в слое (78) в верхней камере (100);
удаление катализатора из верхней камеры и извлечение дымовых газов из верхней камеры.
6. Способ по п.5, в котором газ для горения распределяется в первой камере ниже ввода отработанного катализатора для того, чтобы обеспечить значение поверхностной скорости меньше чем 1,1 м/с; и газ для горения распределяется в первой камере выше ввода отработанного катализатора для того, чтобы обеспечить значение поверхностной скорости, по меньшей мере, 1,1 м/с при объединении с газом для горения, распределенным ниже ввода отработанного катализатора.
7. Способ по п.5 или 6, в котором катализатор рециркулирует из верхней камеры в нижнюю камеру.
8. Способ по п.5 или 6, в котором увлеченный катализатор и газ для горения выходят из нижней камеры через стояк (94).
9. Способ по п.5 или 6, в котором катализатор накапливается во втором слое (78) в верхней камере.
