BR112018071922B1 - Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio antes do uso em um reator de leito fluidizado - Google Patents

Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio antes do uso em um reator de leito fluidizado Download PDF

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Abstract

Trata-se de um processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio antes do uso em um reator de leito fluidizado que compreende fornecer uma corrente de catalisador regenerado que compreende pelo menos 0,001% em peso de oxigênio; reagir a corrente de catalisador regenerado com uma fonte de combustível formando, assim, óxidos e reduzindo a quantidade de oxigênio na corrente de catalisador regenerado para produzir uma corrente de catalisador regenerado utilizável; e injetar a corrente de catalisador regenerado utilizável em um reator de leito fluidizado de hidrocarboneto.

Description

Referência cruzada a pedidos relacionados
[0001] Este pedido reivindica prioridade ao Pedido Provisório U.S. 62/333.334, depositado em 9 de maio de 2016, que é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade.
Campo da invenção
[0002] A presente invenção refere-se a um processo para reagir oxigênio a partir do catalisador regenerado antes do uso em um reator de leito fluidizado.
Antecedentes da invenção
[0003] Os reatores de leito fluidizado são usados em vários processos químicos industriais, como a desidrogenação de hidrocarbonetos, o craqueamento catalítico fluidizado (FCC) e o metanol para olefinas (MTO).
[0004] Nos processos para a desidrogenação de hidrocarbonetos para produzir olefinas, a técnica ensinou que o catalisador regenerado deve ser removido para minimizar o oxigênio na corrente de catalisador regenerado antes da injeção no reator de desidrogenação. Por exemplo, a corrente de catalisador regenerado pode ser removida com uma corrente de nitrogênio.
[0005] A inclusão de um removedor de oxigênio aumenta o investimento de capital de um processo de desidrogenação de hidrocarbonetos, aumenta o custo operacional devido ao consumo de nitrogênio e aumenta a complexidade da operação da unidade. Portanto, se pode considerar a eliminação da operação da unidade. Isto dá origem ao problema de o oxigênio ser transferido para o reator de desidrogenação e de degradar a matéria-prima valiosa para produtos menos valiosos.
[0006] Portanto, seria útil um processo para minimizar a quantidade de oxigênio que chega ao reator de leito fluidizado juntamente com o catalisador regenerado. Sumário da invenção
[0007] Em uma modalidade, a revelação fornece um processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio antes do uso em um reator de leito fluidizado que compreende fornecer uma corrente de catalisador regenerado que compreende pelo menos 0,001% em peso de oxigênio; reagir a corrente de catalisador regenerado com uma fonte de combustível, como metano, etano, etileno, propano, propileno, hidrogênio ou coque, formando, assim, óxidos e reduzindo a quantidade de oxigênio na corrente de catalisador regenerado para produzir uma corrente de catalisador regenerado utilizável; e injetar a corrente de catalisador regenerado utilizável em um reator de leito fluidizado de hidrocarboneto. Em uma modalidade, a quantidade de combustível seria pelo menos a quantidade estequiométrica necessária para reagir ao oxigênio disponível.
Breve descrição dos desenhos
[0008] Com a finalidade de ilustrar a invenção, é mostrado nos desenhos uma forma que é exemplificativa; sendo entendido, no entanto, que esta invenção não se limita aos arranjos e instrumentos precisos mostrados.
[0009] A Figura 1 é um esquema que ilustra uma configuração de equipamento para operar uma modalidade do processo inventivo.
Descrição detalhada da invenção
[0010] Em uma primeira modalidade, a revelação fornece um processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio antes do uso em um reator de leito fluidizado que compreende fornecer uma corrente de catalisador regenerado que compreende pelo menos 0,001% em peso de oxigênio com base no peso total da corrente de catalisador regenerado; reagir a corrente de catalisador regenerado com uma fonte de combustível, formando, assim, óxidos e reduzindo a quantidade de oxigênio na corrente de catalisador regenerado para produzir uma corrente de catalisador regenerado utilizável; e injetar a corrente de catalisador regenerado utilizável em um reator de leito fluidizado de hidrocarboneto. Todos os valores e subfaixas individuais de pelo menos 0,001% em peso de oxigênio estão incluídos e são revelados no presente documento; por exemplo, a quantidade de oxigênio na corrente de catalisador regenerado pode ser de pelo menos 0,001, 0,01, 0,1 ou 0,5% em peso. Todos os valores e subfaixas individuais de pelo menos 0,001% em peso estão incluídos e são revelados no presente documento. Em modalidades específicas, a quantidade de oxigênio na corrente de catalisador regenerado pode estar na faixa de 0,001 a 0,5% em peso, ou na alternativa, de 0,001 a 0,05% em peso, ou na alternativa, de 0,001 a 0,1% em peso, ou na alternativa de 0,005 a 0,1% em peso.
[0011] A revelação fornece ainda o processo de acordo com qualquer modalidade revelada no presente documento, exceto que a fonte de combustível é selecionada a partir do grupo que consiste em metano, hidrogênio, etano, etileno, propano, propileno, coque e qualquer combinação de dois ou mais dos mesmos. Em uma certa modalidade, a fonte de combustível compreende coque que está na forma de resíduo em partículas de catalisador usadas. Em uma modalidade particular, a fonte de combustível compreende metano. Em ainda outra modalidade, a fonte de combustível compreende coque. Em ainda outra modalidade, a fonte de combustível compreende metano e coque.
[0012] Em outra modalidade, a revelação fornece o processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com qualquer modalidade revelada no presente documento, exceto que a fonte de combustível compreende metano e a corrente de catalisador regenerado combinada e metano compreende pelo menos 0,001% em peso de metano.
[0013] Em outra modalidade, a revelação fornece o processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com qualquer modalidade revelada no presente documento, exceto que a fonte de combustível compreende catalisador usado que compreende resíduo de coque e a corrente de catalisador regenerado combinada e catalisador usado compreende pelo menos 0,001% em peso de resíduo de coque.
[0014] Em outra modalidade, a revelação fornece o processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com qualquer modalidade revelada no presente documento, exceto que a corrente de catalisador regenerado e a fonte de combustível de vapor são reagidas a uma temperatura desde 550 °C a 750 °C. Todos os valores individuais e subfaixas de 550 °C a 750 °C estão incluídos e são revelados no presente documento; por exemplo, a temperatura de reação pode ser de um limite inferior de 550, 600, 650 ou 700 °C até um limite superior de 575, 625, 675, 725 ou 750 °C. Por exemplo, a temperatura de reação pode estar na faixa de 550 °C a 750 °C ou, na alternativa, de 550 °C a 650 °C ou, na alternativa, de 650 °C a 750 °C ou, na alternativa, de 580 °C a 690 °C ou, na alternativa, de 620 °C a 680 °C.
[0015] Em outra modalidade, a revelação fornece o processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com qualquer modalidade revelada no presente documento, exceto que a corrente de catalisador regenerado e uma fonte de combustível de vapor são colocadas em contato por um tempo de pelo menos 0,2 segundos antes da etapa de injetar o fluxo de catalisador regenerável utilizável no reator de leito fluidizado de hidrocarboneto. Todos os valores individuais e subfaixas de pelo menos 0,2 segundos são revelados e incluídos no presente documento; por exemplo, o tempo de reação pode ser de um limite inferior de 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2, 1,4 ou 1,6 segundos. Em uma modalidade particular, o tempo de reação para a corrente de catalisador regenerado e a fonte de combustível de vapor pode ser de um limite superior de 10 segundos. Todos os valores individuais e subfaixas de não mais do que 10 segundos estão incluídos e revelados no presente documento. Por exemplo, o tempo de reação pode ser de um limite superior de 10, 8, 6, 4, 2 ou 0,5 segundos. Por exemplo, o tempo de reação para a corrente de catalisador regenerado e a fonte de combustível de vapor pode ser de 0,40 a 2,00 segundos ou, na alternativa, de 0,40 a 1,20 segundos ou, na alternativa, de 1,20 a 2,00 segundos ou, na alternativa, de 0,40 a 1,60 segundos ou, na alternativa, de 0,70 a 2,00 segundos.
[0016] Fontes de combustível de vapor exemplificativas incluem etano, metano, etileno, propano, propileno, hidrogênio e qualquer combinação de dois ou mais dos mesmos.
[0017] Em outra modalidade, a revelação fornece o processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com qualquer modalidade revelada no presente documento, exceto que a corrente de catalisador regenerado e a fonte de combustível sólido são reagidas a uma temperatura de 400 °C a 700 °C antes da etapa de injetar a corrente de catalisador regenerado utilizável no reator de leito fluidizado de hidrocarboneto. Todos os valores individuais e subfaixas de 400 °C a 700 °C estão incluídos e são revelados no presente documento; por exemplo, a temperatura de reação pode ser de um limite inferior de 400, 450, 500, 550, 600 ou 650 °C até um limite superior de 425, 475, 525, 575, 625, 675 ou 700 °C. Por exemplo, a temperatura de reação para a reação entre a corrente de catalisador regenerado e a fonte de combustível sólido pode estar na faixa de 400 °C a 700 °C ou, na alternativa, de 400 °C a 550 °C ou, na alternativa, de 550 °C a 700 °C ou, na alternativa, de 480 °C a 600 °C ou, na alternativa, de 500 °C a 630 °C.
[0018] Em outra modalidade, a revelação fornece o processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com qualquer modalidade revelada no presente documento, exceto que a corrente de catalisador regenerado e uma fonte de combustível sólido são reagidas durante um tempo de reação de pelo menos 0,1 segundos antes da etapa de injetar a corrente de catalisador regenerado utilizável no reator de leito fluidizado de hidrocarboneto. Todos os valores individuais e subfaixas de pelo menos 0,1 segundos são revelados e incluídos no presente documento; por exemplo, o tempo de reação pode ser de um limite inferior de 0,1, 0,20, 2,0, 20 ou 40 segundos. Em uma modalidade particular, o tempo de reação para a corrente de catalisador regenerado e a fonte de combustível de vapor pode ser de um limite superior de 60 segundos. Todos os valores individuais e subfaixas de não mais do que 60 segundos estão incluídos e revelados no presente documento. Por exemplo, o tempo de reação pode ser de um limite superior de 60, 55, 45, 25, 2 ou 0,2 segundos. Por exemplo, o tempo de reação para a corrente de catalisador regenerado e a fonte de vapor de combustível pode ser de 0,1 a 60 segundos ou, na alternativa, de 0,1 a 40 segundos ou, na alternativa, de 20 a 60 segundos ou, na alternativa, de 0,10 a 10 segundos ou, na alternativa, de 0,1 a 20 segundos.
[0019] Fontes de combustível sólido exemplificativos incluem coque, resíduo de coque no catalisador usado.
[0020] O processo da presente revelação pode ser usado em combinação com um processo para a desidrogenação de pelo menos um e, de preferência, de ambos: 1) um composto de hidrocarboneto parafínico, de preferência, um alcano inferior que tem de 2 a 6 átomos de carbono, mas mais preferencialmente, menos de 5 átomos de carbono, por exemplo, etano, propano, isobutano e n-butano, à correspondente olefina, a saber, etileno, propileno, isobutileno e n-butileno, respectivamente, e 2) um composto de hidrocarboneto alquilaromático, de preferência, um composto de hidrocarboneto alquilaromático inferior como, por exemplo, etilbenzeno, propilbenzeno, isopropilbenzeno e metil etilbenzeno, ao composto de hidrocarboneto vinil-aromático correspondente (isto é, "alquenilaromático"), a saber, estireno, cumeno ou alfa-metilestireno. Várias modalidades da presente invenção são descritas, incluindo a desidrogenação simultânea e separada de alcanos inferiores e alquilaromáticos. A invenção é útil para preparar estireno e etileno a partir de etilbenzeno e etano, respectivamente. Da mesma forma, cumeno e propileno podem ser preparados a partir de propilbenzeno e propano, respectivamente.
[0021] Os tipos e condições de um reator de desidrogenação de hidrocarbonetos são revelados, por exemplo, nos documentos WO 2005/077867 e PCT/US16/21127, cujas revelações são incorporadas ao presente documento em sua totalidade.
[0022] A mistura do produto do reator de desidrogenação e do catalisador fluidizado sobem no cilindro do reator. No topo do reator de subida, o catalisador usado e o produto hidrocarboneto são separados. O catalisador usado sedimenta em um espaço anular entre a parede exterior do tubo de subida e uma parede interna do alojamento do reator. O catalisador usado é, então, geralmente enviado para um regenerador/reativador no qual o catalisador é colocado em contato com um fluido de regeneração, geralmente, um gás que contém oxigênio e um combustível suplementar para combustão de quaisquer hidrocarbonetos remanescentes e para aquecer o catalisador, e o catalisador regenerado é enviado de volta para o reator de desidrogenação. O catalisador usado também pode ser reciclado para o reator sem regeneração.
[0023] Com referência à Figura 1, é mostrado um sistema de desidrogenação catalítica para fins específicos 1, por exemplo, para produção de propileno. O sistema de desidrogenação catalítica 1 inclui um reator de desidrogenação catalítica 10 no qual uma ou mais alimentações de hidrocarbonetos são injetadas através da linha de alimentação 15. O catalisador regenerado pode ser alimentado através da linha 20 primeiro para a linha 25 a partir da qual é, então, passado para o reator de desidrogenação de leito fluidizado 10. Uma corrente de produto sai do reator 10 passando para uma zona de separação de catalisador 30 na qual as partículas de catalisador fluidizado são separadas dos componentes gasosos da corrente de produto. Na modalidade mostrada na Figura 1, a zona de separação de catalisador 30 compreende uma pluralidade de separadores de ciclone 35, em que cada um termina em um dipleg 40, o qual esvazia para uma secção de separação 45. O gás de fluidificação entra na seção de fluidização/remoção do catalisador de reciclagem do reator 45 através da linha de alimentação 75, que distribui gás de fluidização ao longo de todo o corte transversal anular em um distribuidor comumente usado em aplicações fluidizadas.
[0024] Na seção de interna de separação 45, as partículas de catalisador podem ser inseridas em um gás de fluidização que compreende metano, gás natural, etano, hidrogênio, nitrogênio, vapor ou qualquer combinação dos mesmos. Tal fluidização é revelada no Pedido de Patente n° U.S.62/333.133, cuja revelação é incorporada ao presente documento em sua totalidade. Nessa modalidade, o metano pode opcionalmente entrar na seção interna de separação 45 através da linha de alimentação 75 para um distribuidor de leito fluidizado padrão que distribuirá uniformemente o gás através do corte transversal anular. Alternativamente, uma porção das partículas de catalisador separadas pode entrar na linha de alimentação de catalisador usado 55 e ser passada para o sistema regenerador de catalisador 60. Em uma modalidade do processo inventivo, parte da corrente de catalisador usado, o que inclui, opcionalmente, o metano, é passada na linha 25, em que o mesmo passa para a zona de reação de oxigênio 65, onde entra em contato com a corrente de catalisador regenerado. A zona de reação de oxigênio 65 é controlada por temperatura controlando-se a quantidade de catalisador regenerado e catalisador usado reciclado de tal modo que a reação entre o oxigênio e o resíduo de coque presente no catalisador usado e/ou metano e/ou outro combustível ocorra. O produto de reação dessa reação é, então, passado de volta para o reator de desidrogenação 10. A reação que ocorre na zona de reação de oxigênio 65 reduz a quantidade de oxigênio que entra no reator de desidrogenação 10. Em uma modalidade particular, nenhum nitrogênio é usado para retirar oxigênio da corrente de catalisador regenerado.
Exemplos
[0025] Os exemplos a seguir ilustram a presente invenção, mas não pretendem limitar o escopo da invenção.
Exemplo inventivo 1: Metano como uma fonte de combustível
[0026] Os dados da Tabela 1 foram coletados em um reator de vidro de quartzo de 91 centímetros (36 polegadas) vertical com um diâmetro interno de 4 centímetros (1,5 polegadas). O reator foi carregado com 50 gramas de catalisador de desidrogenação, que tem a seguinte composição: Em modalidades preferenciais, o catalisador compreende 0,1 a 34% em peso, de preferência, 0,2 a 3,8% em peso, óxido de gálio (Ga 2O3); de 1 a 300 partes por milhão (ppm), de preferência, 50 a 300 ppm, em peso de platina; de 0 a 5% em peso, de preferência 0,01 a 1% em peso, de um alcalino e/ou alcalino terroso, como potássio; de 0,08 a 3% em peso de sílica; e o saldo para 100% em peso que é alumina, o que resultou em uma altura do leito de catalisador de 6 centímetros (2,2 polegadas). O gás de entrada foi introduzido no fundo do reator e uma frita de quartzo foi usada para distribuir o fluxo de gás através do diâmetro do reator. O fluxo volumétrico do gás de entrada foi de 1.100 centímetros cúbicos padrão por minuto. O fluxo de gás de entrada ocasionou a fluidização do catalisador. A composição do gás de entrada foi de 9,6% de O2, 1,6% de He, 0,5 a 2% de metano e o saldo para 100% de nitrogênio. A combustão de metano com oxigênio foi medida entre 475 e 700 °C e uma pressão de 0,01 MPa (2 psig). A informação na Tabela 2 é derivada dos dados na Tabela 1, especificamente, uma conversão a cada temperatura é calculada no tempo de permanência do gás em leito fluidizado de 50 gramas de catalisador em 1,3 segundos. A conversão é, então, ajustada para 100% e um novo tempo de permanência necessário é calculado na temperatura alvo, assumindo uma densidade de leito de borbulhamento de 1.057 kg/m3 (66 libra/pé3) e uma densidade de instalação operacional de 881 kg/m3 (55 libra/pé3) de catalisador no reator.
Figure img0001
Exemplo inventivo 2: Resíduo de coque de catalisador como um combustível
[0027] Os testes foram realizados em um analisador termogravimétrico para determinar a taxa de combustão de coque no catalisador, como descrito acima. Um catalisador com coque foi aquecido em argônio para a temperatura alvo. Quando a temperatura alvo foi atingida, o ar foi alimentado à unidade e a taxa de variação da massa foi medida. Os dados resultantes são mostrados na Tabela 3. O catalisador com coque foi preparado sob as seguintes condições: no reator como descrito acima, 1 g de catalisador sem diluente foi carregado no reator e reabastecido em reator com estoque de quartzo de 2 mm x 2 mm e o reator operou por 1 hora a 700 °C; Fluxo de propano de 46,24 sccm; Fluxo de nitrogênio de 5,14 sccm; e WHSV de 51/h.
Figure img0002
[0028] Para calcular o tempo necessário para queimar o oxigênio da corrente de catalisador regenerado, o seguinte exemplo é apresentado. Se 45 kg/h (100 lb/h) de oxigênio for alimentado com 226.796 kg/h (500.000 lb/h) de catalisador regenerado e 226.796 kg/h (500.000 lb/h) de catalisador reciclado do decapante do reator. Como o catalisador de reciclagem é o único catalisador com combustível, a tabela a seguir descreve quantos segundos levaria para remover o oxigênio. Os dados resultantes são mostrados na Tabela 4.
Figure img0003
[0029] A presente invenção pode ser incorporada em outras formas sem se afastar do espírito e dos seus atributos essenciais e, consequentemente, deve ser feita referência às reivindicações anexas, em vez de ao relatório descritivo anterior, como indicando o âmbito da invenção.

Claims (7)

1. Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio antes do uso em um reator de leito fluidizado, caracterizado pelo fato de compreender: - fornecer uma corrente de catalisador regenerado que compreende pelo menos 0,001% em peso de oxigênio; - reagir a corrente de catalisador regenerado com uma fonte de combustível a uma temperatura de pelo menos 400 °C e um tempo de reação de 0,1 a 60 segundos, formando, assim, óxidos e reduzindo a quantidade de oxigênio na corrente de catalisador regenerado para produzir uma corrente de catalisador regenerado utilizável; e - injetar a corrente de catalisador regenerado utilizável em um reator de leito fluidizado de hidrocarboneto.
2. Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de combustível compreender pelo menos 0,001% em peso de metano com base no peso combinado da corrente de catalisador regenerado e da fonte de combustível.
3. Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de combustível compreender pelo menos 0,001% em peso de coque com base no peso combinado da corrente de catalisador regenerado e da fonte de combustível.
4. Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de combustível compreender um combustível de vapor.
5. Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a reação da corrente de catalisador regenerado com uma fonte de combustível de vapor ocorree a uma temperatura de 550 °C a 750 °C.
6. Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a reação da corrente de catalisador regenerado com uma fonte de combustível sólido ocorrer a uma temperatura de 400 °C a 700 °C.
7. Processo para reagir uma corrente de catalisador regenerado que contém oxigênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de combustível compreender hidrogênio.
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