BR112019016941A2

BR112019016941A2 - métodos para formar olefinas leves por craqueamento

Info

Publication number: BR112019016941A2
Application number: BR112019016941A
Authority: BR
Inventors: T Pretz Matthew; Liu Yu
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2020-04-07
Also published as: WO2018169768A1; AR111237A1; EP3596188A1; KR102531502B1; US20200017426A1; CA3070761A1; MX2019010082A; CN110337485A; RU2019130732A3; RU2019130732A; KR20190120352A; US11459282B2

Abstract

de acordo com uma ou mais modalidades reveladas no presente documento, as olefinas leves podem ser formadas por um método que pode compreender introduzir um fluxo de alimentação em um reator, reagir o fluxo de alimentação com um catalisador de craqueamento no reator para formar um fluxo de produto e processar o catalisador de craqueamento. o reator pode compreender uma seção de reator a montante e uma seção de reator a jusante. a seção de reator a montante pode estar posicionada abaixo da seção de reator a jusante. a seção de reator a montante pode ter uma área média em corte transversal que é pelo menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante.

Description

“MÉTODOS PARA FORMAR OLEFINAS LEVES POR CRAQUEAMENTO”

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [0001] O presente pedido reivindica prioridade sobre o Pedido de Patente Provisório n² 62/470.570, depositado em 13 de março 2017, intitulado “Methods And Apparatuses For Forming Light Olefins By Cracking”, cujo conteúdo é incorporado a título de referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES

CAMPO [0002] A presente revelação refere-se, de modo geral, a processamento químico e, mais especificamente, a modelos de reator e de sistemas utilizados em reações de craqueamento para formar olefinas leves.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [0003] As olefinas leves podem ser utilizadas como materiais-base para produzir muitos tipos de bens e materiais. Por exemplo, o etileno pode ser utilizado para fabricar polietileno, cloreto de etileno ou óxidos de etileno. Tais produtos podem ser utilizados em embalagem de produtos, construção, produtos têxteis etc. Desse modo, há uma demanda industrial de olefinas leves, tais como etileno, propileno e buteno. No entanto, a maioria das olefinas leves precisa ser produzida por diferentes processos de reação com base no fluxo de alimentação de produto químico fornecido, que pode ser fluxo de produto de uma operação de refinamento de óleo cru.

BREVE SUMÁRIO [0004] Há uma constante necessidade de processos e aparelhos que sejam adequados para produzir olefinas leves por craqueamento. São revelados no presente documento aparelhos e métodos para craquear fluxos de hidrocarboneto, tais como nafta ou butano, para formar olefinas leves. As configurações do processo reveladas no presente documento,

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2/21 tais como utilizar um reator que compreende uma seção de reator a montante posicionada abaixo de uma seção de reator a jusante, em que a seção de reator a montante tem uma área média em corte transversal que é menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante, são adequadas para craqueamento de nafta ou butano para formar olefinas leves. Tal modelo de reator pode operar como um reator de fluxo ascendente rápido de leito fluidizado, turbulento ou do tipo borbulhante em sua seção de reator a montante e como um reator riser de fase diluída em sua seção de reator a jusante.

[0005] Adicionalmente, em algumas modalidades dos métodos e sistemas de reator revelados no presente documento é a flexibilidade de processamento oferecida pelo modelo de reator revelado no presente documento. Em algumas modalidades, o modelo de reator revelado no presente documento pode ser utilizado para processos adicionais, diferentes de craqueamento, que podem ser utilizados para produzir as olefinas a partir de matérias-primas. Por exemplo, as olefinas leves podem ser produzidas a partir de uma variedade de fluxos de alimentação com o uso de diferentes catalisadores. Por exemplo, as olefinas leves podem ser produzidas por pelo menos reações de desidrogenação, reações de craqueamento, reações de desidratação e reações de metanol para olefina. No entanto, de acordo com várias modalidades, esses tipos de reação podem utilizar diferentes fluxos de alimentação para formar as olefinas leves. Os exemplos incluem utilizar uma reação de desidrogenação que pode utilizar um catalisador de gálio e/ou platina para reagir um fluxo de alimentação que compreende um ou mais dentre etanol, propano, n-butano e i-butano; uma reação de craqueamento que pode utilizar um catalisador de zeólito para reagir um fluxo de alimentação que compreende uma ou mais dentre nafta, n-butano ou i-butano; uma reação de desidratação que pode utilizar um catalisador ácido (tal como alumina ou zeólito) para reagir um fluxo de alimentação que compreende um ou mais dentre etanol, propanol ou butanol; e uma reação de metal para olefina que pode utilizar um catalisador de zeólito (tal como SAPO-34) para reagir um fluxo de alimentação que

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3/21 compreende metanol.

[0006] Em algumas modalidades, os reatores revelados no presente documento, que podem ser utilizados para reações de craqueamento, podem ser adequados para outros tipos de reações. Por exemplo, o sistema de reator descrito no presente documento também pode ser operável, além do craqueamento, para realizar reações de desidrogenação, desidratação e/ou reações de metanol para olefina. Esse recurso pode permitir a seleção de matérias-primas com base no preço e disponibilidade dos mesmos, diminuindo custos na produção de olefinas leves. Desse modo, deve-se entender que em algumas em algumas modalidades, os reatores e processos podem não ser otimizados propositalmente para reações de craqueamento, com a intenção de permitir a flexibilidade dos reatores revelados para outros processos de reação a fim de formar as olefinas.

[0007] Adicionalmente, de acordo com várias modalidades, os sistemas de reator e métodos descritos no presente documento podem utilizar um combustível complementar para aquecer o catalisador em uma etapa de processamento de catalisador. O combustível complementar pode ser adequado para aquecer os catalisadores das reações descritas no presente documento devido ao fato de que, diferentemente de muitas reações que podem formar olefinas, coque ou outros materiais combustíveis, pode não ser produzido em quantidade suficiente nas reações reveladas no presente documento. Por exemplo, o craqueamento de nafta ou butano pode não formar coque suficiente no catalisador a fim de gerar calor. Portanto, visto que o calor é necessário para a reação de craqueamento e não pode ser fornecido queimando-se coque, uma fonte de combustível complementar pode ser utilizada, tal como uma fonte de combustível complementar líquido ou vapor.

[0008] De acordo com uma modalidade, as olefinas podem ser formadas por um método que pode compreender introduzir um fluxo de alimentação em um reator, reagir o fluxo de alimentação com um catalisador de craqueamento no reator a fim de formar um fluxo de produto e processar o

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4/21 catalisador de craqueamento. O reator pode compreender uma seção de reator a montante e uma seção de reator a jusante. A seção de reator a montante pode estar posicionada abaixo da seção de reator a jusante. A seção de reator a montante pode ter uma área média em corte transversal que é pelo menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante. O processamento do catalisador de craqueamento pode compreender passar o catalisador do reator para um combustor, queimar uma fonte de combustível complementar no combustor a fim de aquecer o catalisador e passar o catalisador aquecido do combustor para o reator.

[0009] De acordo com uma modalidade, as olefinas podem ser formadas por um método que pode compreender introduzir um fluxo de alimentação em um reator, reagir o fluxo de alimentação com um catalisador de craqueamento no reator a fim de formar um fluxo de produto e processar o catalisador de craqueamento. O reator pode compreender uma seção de reator a montante e uma seção de reator a jusante. A seção de reator a montante pode operar como um reator rápido de fluxo ascendente fluidizado ou turbulento, e a seção de reator a jusante pode operar como um reator de fluxo em pistão. A seção de reator a montante pode estar posicionada abaixo da seção de reator a jusante. A seção de reator a montante pode ter uma área média em corte transversal que é pelo menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante. O processamento do catalisador de craqueamento pode compreender passar o catalisador do reator para um combustor, queimar uma fonte de combustível complementar no combustor a fim de aquecer o catalisador e passar o catalisador aquecido do combustor para o reator.

[0010] De acordo com uma modalidade, as olefinas podem ser formadas por um método que pode compreender introduzir um fluxo de alimentação em um reator, reagir o fluxo de alimentação com um catalisador de craqueamento no reator a fim de formar um fluxo de produto e processar o catalisador de craqueamento. O fluxo de alimentação pode compreender um ou mais dentre nafta ou butano, e o fluxo de produto pode compreender um ou mais

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5/21 dentre etileno, propileno ou buteno. O reator pode compreender uma seção de reator a montante e uma seção de reator a jusante. A seção de reator a montante pode estar posicionada abaixo da seção de reator a jusante. A seção de reator a montante pode ter uma área média em corte transversal que é pelo menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante. O processamento do catalisador de craqueamento pode compreender passar o catalisador do reator para um combustor, queimar uma fonte de combustível complementar no combustor a fim de aquecer o catalisador e passar o catalisador aquecido do combustor para o reator.

[0011] Deve-se entender que tanto o breve sumário supracitado quanto a descrição detalhada a seguir apresentam modalidades da tecnologia e devem fornecer uma visão geral ou conjuntura para entender a natureza e caráter da tecnologia, conforme é reivindicado. Os desenhos anexos estão incluídos para fornecer um entendimento adicional da tecnologia e são incorporados no presente relatório descritivo e constituem parte do mesmo. Os desenhos ilustram várias modalidades e, junto da descrição, servem para explicar os princípios e operações da tecnologia. Adicionalmente, os desenhos e descrições devem ser apenas ilustrativos e não devem limitar o escopo das reivindicações de movo algum.

[0012] Os recursos e vantagens adicionais da tecnologia revelados no presente documento serão apresentados na descrição detalhada a seguir e, em parte, ficarão prontamente evidentes para as pessoas versadas na técnica a partir da descrição ou serão reconhecidos praticando a tecnologia, conforme descrito no presente documento, incluindo a descrição detalhada a seguir, as reivindicações, assim como os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0013] A descrição detalhada a seguir de modalidades específicas da presente revelação pode ser mais bem entendida quando lida em combinação com desenhos a seguir, em que uma estrutura semelhante é

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6/21 indicada com referências numéricas e em que:

[0014] a Figura 1 retrata esquematicamente um sistema de reator, de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[0015] a Figura 2 retrata esquematicamente uma vista em elevação em recorte de um combustor, de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento; e [0016] a Figura 3 retrata esquematicamente uma vista em corte transversal suspensa de uma porta de injeção de líquido, de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento.

[0017] Deve-se entender que os desenhos são de natureza esquemática e não incluem alguns componentes de um sistema de reator normalmente empregados na técnica, tais como, sem limitação, transmissores de temperatura, transmissores de pressão, medidores de fluxo, bombas, válvulas e semelhantes. Sabe-se que esses componentes estão abrangidos pelo espírito e escopo das presentes modalidades reveladas. No entanto, os componentes operacionais, tais como aqueles descritos na presente revelação, podem ser adicionados às modalidades descritas na presente revelação.

[0018] A referência será feita agora detalhadamente a várias modalidades dentre as quais algumas são ilustradas nos desenhos anexos. Sempre que possível, as mesmas referências numéricas serão usadas ao longo dos desenhos para se referir a partes iguais ou semelhantes.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0019] As modalidades relacionadas a métodos para processar fluxos químicos são reveladas no presente documento. Em uma ou mais modalidades, o fluxo químico que é processado pode ser denominado de fluxo de alimentação, que é processado por uma reação para formar um fluxo de produto. Em uma ou mais modalidades, o fluxo de alimentação pode

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7/21 compreender um ou mais dentre nafta ou butano. O butano é definido ou como n-butano ou iso-butano ou uma combinação dos dois. O fluxo de alimentação pode ser convertido pela reação a um fluxo de produto que pode compreender um ou mais dentre etileno, propileno ou buteno. O etileno, propileno e buteno pode ser denominado no presente documento de “olefinas leves”. Conforme descrito no presente documento, buteno pode incluir qualquer isômero de buteno, tal como as α-butileno, cis-p-butileno, trans-p-butileno e isobutileno.

[0020] Em uma modalidade, o fluxo de produto pode compreender olefinas leves a pelo menos 50% em peso. Por exemplo, o fluxo de produto pode compreender olefinas leves a pelo menos 60% em peso, olefinas leves a pelo menos 70% em peso, olefinas leves a pelo menos 80% em peso, olefinas leves a pelo menos 90% em peso, olefinas leves a pelo menos 95% em peso ou até mesmo olefinas leves a pelo menos 99% em peso.

[0021] Em outra modalidade, o fluxo de alimentação pode compreender pelo menos 50% em peso de nafta. Por exemplo, o fluxo de produto pode compreender naftas a pelo menos 60% em peso, pelo menos naftas a 70% em peso, naftas a pelo menos 80% em peso, naftas a pelo menos 90% em peso, naftas pelo menos 95% em peso ou até mesmo naftas a pelo menos 99% em peso. Em outra modalidade, o fluxo de alimentação pode compreender pelo menos 50% em peso de butano. Por exemplo, o fluxo de produto pode compreender butano a pelo menos 60% em peso, pelo menos butano a 70% em peso, butano a pelo menos 80% em peso, butano a pelo menos 90% em peso, butano pelo menos 95% em peso ou até mesmo butano a pelo menos 99% em peso. Em ainda outra modalidade, o fluxo de alimentação pode compreender um ou os dois dentre nafta e butano, e a soma de nafta e butano no fluxo de alimentação pode ser pelo menos 50% em peso. Por exemplo, a soma de nafta e butano no fluxo de alimentação pode ser pelo menos 60% em peso, 70% em peso, 80% em peso, 90% em peso, 95 % em peso ou até mesmo 99 % em peso.

[0022] De acordo com uma ou mais modalidades, a

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8/21 reação que converte o teor do fluxo de alimentação no teor do fluxo de produto pode ser uma reação de craqueamento. Uma reação de craqueamento pode romper as ligações entre carbonos em um hidrocarboneto. Por exemplo, em várias reações de craqueamento, os alcanos podem ser convertidos em alcanos e alcenos menores. A reação de craqueamento pode utilizar um catalisador de craqueamento. Um catalisador de craqueamento pode ser qualquer catalisador com capacidade de craquear um ou mais componentes do fluxo de alimentação. De acordo com uma modalidade, o catalisador de craqueamento compreende um ou mais zeólitos, tal como o zeólito ZSM-5. Em modalidades adicionais, o catalisador de craqueamento pode compreender, além de um material cataliticamente ativo, platina. Por exemplo, o catalisador de craqueamento pode incluir de 0,001% em peso a 0,05% em peso de platina. A platina pode ser aspergida como nitrato de platina e calcinada a uma temperatura elevada, tal como aproximadamente 700 °C. Sem se ater a qualquer teoria, acredita-se que a adição de platina ao catalisador pode permitir uma combustão mais fácil dos combustíveis complementares, tais com metanol.

[0023] Agora com referência à Figura 1, um sistema de reator exemplificativo 102 que pode ser adequado para uso com os métodos descritos no presente documento é retratado esquematicamente. No entanto, deve-se entender que outras configurações do sistema de reator podem ser adequadas para os métodos descritos no presente documento. O sistema de reator 102 compreende geralmente múltiplos componentes de sistema, tais como uma porção de reator 200 e/ou uma porção de processamento de catalisador 300. Conforme usado no presente documento no contexto da Figura 1, a porção de reator 200 se refere, de modo geral, à porção de um sistema de reator 102 no qual a maior reação de processo ocorre, tal como o craqueamento de nafta ou butano para formar olefinas leves. A porção de reator 200 compreende um reator 202 que pode incluir uma seção de reator a jusante 230 e uma seção de reator a montante 250. De acordo com uma ou mais modalidades, conforme retratado na Figura 1, a porção de reator 200 pode incluir

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9/21 adicionalmente include uma seção de separação do catalisador 210 que serve para separar o catalisador dos produtos químicos formados no reator 202. Além disso, conforme usado no presente documento, a porção de processamento de catalisador 300 se refere, de modo geral, à porção de um sistema de reator 102 onde o catalisador é processado de algum modo, tal como por combustão. A porção de processamento de catalisador 300 pode compreender um combustor 350 e um riser 330 e pode compreender opcionalmente uma seção de separação do catalisador 310. Em algumas modalidades, o catalisador pode ser regenerado removendo-se por queima contaminantes como coque na porção de processamento de catalisador 300. Em modalidades adicionais, o catalisador pode ser aquecido na porção de processamento de catalisador 300. Um combustível complementar pode ser utilizado para aquecer o catalisador na porção de processamento de catalisador 300 caso coque ou outro material combustível não seja formado no catalisador ou uma quantidade de coque formada no catalisador não seja suficiente para remover por queima a fim de aquecer o catalisador a uma temperatura desejada (o que pode ser o caso durante o craqueamento de nafta ou butano). Em uma ou mais modalidades, a seção de separação do catalisador 210 pode estar em comunicação fluida com o combustor 350 (por exemplo, por meio do tubo vertical 426) e a seção de separação do catalisador 310 pode estar em comunicação fluida com a seção de reator a montante 250 (por exemplo, por meio do tubo vertical 424 e do riser de transporte 430).

[0024] Conforme descrito com relação à Figura 1, o fluxo de alimentação pode entrar no riser de transporte 430, e o fluxo de produto pode sair do sistema de reator 102 por meio de tubo 420. De acordo com uma ou mais modalidades, o sistema de reator 102 pode ser operado alimentando-se uma alimentação de produto químico (por exemplo, em um fluxo de alimentação) e um catalisador fluidizado na seção de reator a montante 250. A alimentação de produto químico entra em contato com o catalisador na seção de reator a montante 250 e com cada fluxo para cima na seção de reator a jusante 230, e

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10/21 através da mesma, para produzir um produto químico. O produto químico e o catalisador podem passar para fora da seção de reator a jusante 230 até um dispositivo de separação 220 na seção de separação do catalisador 210, onde o catalisador é separado do produto químico, que é transportado para fora da seção de separação do catalisador 210. O catalisador separado passa da seção de separação do catalisador 210 para o combustor 350. No combustor 350, o catalisador pode ser processado, por exemplo, por combustão. Por exemplo, e sem limitação, o catalisador pode ser ter coque removido e/ou o combustível complementar pode ser combustado para aquecer o catalisador. Em seguida, o catalisador é passado para fora do combustor 350 e através do riser 330 para um separador de terminação de riser 378, onde o gás e os componentes sólidos do riser 330 são separados pelo menos parcialmente. O vapor e sólidos restantes são transportados a um dispositivo de separação secundário 320 na seção de separação do catalisador 310 onde o catalisador restante é separado dos gases do processamento de catalisador (por exemplo, gases emitidos pela combustão do catalisador gasto ou combustível complementar). Em seguida, o catalisador separado passa da seção de separação do catalisador 310 para a seção de reator a montante 250 por meio de tubo vertical 424 e do riser de transporte 430, onde é utilizado adicionalmente em uma reação catalítica. Desse modo, o catalisador, em operação, pode ser submetido a ciclo entre a porção de reator 200 e a porção de processamento de catalisador 300. De modo geral, os fluxos químicos processados, incluindo os fluxos de alimentação e fluxos de produto, podem ser gasoso, e o catalisador pode ser um sólido particulado fluidizado.

[0025] De acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento, a porção de reator 200 pode compreender uma seção de reator a montante 250, uma seção de transição 258 e uma seção de reator a jusante 230, tal como um riser. A seção de transição 258 pode conectar a seção de reator a montante 250 com a seção de reator a jusante 230. De acordo com uma ou mais modalidades, a seção de reator a montante 250 e

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11/21 a seção de reator a jusante 230 podem ter, cada uma, uma área em corte transversal substancialmente constante, ao passo que a seção de transição 258 pode ser afunilada e não tem uma área em corte transversal constante. Conforme descrito no presente documento, salvo quando declarado explicitamente, a “área em corte transversal” se refere à área do corte transversal de uma porção da parte do reator em um plano substancialmente ortogonal à direção de fluxo geral de reagentes e/ou produtos. Por exemplo, na Figura 1, a área em corte transversal da seção de reator a montante 250, a seção de transição 258 e a seção de reator a jusante 230 estão na direção de um plano definido pela direção horizontal e a direção na página (ortogonal à direção do movimento do fluído, isto é, verticalmente para cima na Figura 1).

[0026] Conforme retratado na Figura 1, a seção de reator a montante 250 pode ser posicionada abaixo da seção de reator a jusante 230. Tal configuração pode ser denominada de configuração de fluxo ascendente no reator 202.

[0027] Conforme descrito no presente documento, a seção de reator a montante 250 pode incluir um vaso, tambor, barril, cuba ou outro recipiente adequado para uma determinada reação química. Em uma ou mais modalidades, a seção de reator a montante 250 pode ser geralmente cilíndrica em um formato (isto é, com um formato em corte transversal substancialmente circular) ou pode ter alternativamente um formato não cilíndrico, tal como em formato de prisma com formatos em corte transversal de triângulos, retângulos, pentágonos, hexágonos, octógonos, ovais ou outros polígonos ou formatos fechados curvados ou combinações dos mesmos. A seção de reator a montante 250, conforme usado ao longo da presente revelação, pode incluir geralmente uma armação metálica e pode incluir adicionalmente forros refrativos ou outros materiais utilizados para proteger a armação metálica e/ou condições de processo de controle. Conforme retratado na Figura 1, a seção de reator a montante 250 pode incluir uma porta de entrada para catalisador na porção inferior do reator 252 que define a conexão do riser

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12/21 de transporte 430 à seção de reator a montante 250.

[0028] A seção de reator a montante 250 pode ser conectada a um riser de transporte 430 que, em operação, pode fornecer catalisadores processados e/ou produtos químicos reagentes em um fluxo de alimentação para a porção de reator 200. O catalisador processado e/ou produtos químicos reagentes podem ser misturados com um distribuidor 260 alojado na seção de reator a montante 250. O catalisador que entra na seção de reator a montante 250 por meio do riser de transporte 430 pode passar através do tubo vertical 424 para um riser de transporte 430, desse modo, chegando à porção de processamento de catalisador 300. Em algumas modalidades, o catalisador pode partir diretamente da seção de separação do catalisador 210 por meio do tubo vertical 422 e até um riser de transporte 430, onde o mesmo entra na seção de reator a montante 250. A seção de reator a montante 250 também pode ser alimentada diretamente com o catalisador por meio do tubo vertical 422. Esse catalisador pode ser desativado levemente, porém, em algumas modalidades, ainda pode ser adequado para reação na seção de reator a montante 250. Conforme usado no presente documento, “desativo” pode se referir a um catalisador que é contaminado com uma substância tal como coque ou tem a temperatura mais fria do que desejado. A regeneração pode mover o contaminante, tal como coque, elevar a temperatura do catalisador, ou os dois.

[0029] Ainda com referência à Figura 1, a porção de reator 200 pode compreender uma seção de reator a jusante 230 que atua para transportar reagentes, produtos e/ou catalisador da seção de reator a montante 250 à seção de separação do catalisador 210. Em uma ou mais modalidades, a seção de reator a jusante 230 pode ter o formato geralmente cilíndrico (isto é, que tem um formato em corte transversal substancialmente circular) ou pode ter alternativamente um formato não cilíndrico, tal como prisma com formato em corte transversal de triângulos, retângulos, pentágonos, hexágonos, octógonos, ovais ou outros polígonos ou formatos fechados curvados ou combinações dos mesmos. A seção de reator a jusante 230, conforme usado ao longo da presente

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13/21 revelação, pode incluir geralmente uma armação metálica e pode incluir adicionalmente forros refrativos ou outros materiais utilizados para proteger a armação metálica e/ou condições de processo de controle.

[0030] De acordo com algumas modalidades, a seção de reator a jusante 230 pode incluir uma seção externa do riser 232 e uma seção interna do riser 234. Conforme usado no presente documento, uma “seção externa do riser” se refere à porção do riser que está do lado de fora da seção de separação do catalisador e uma “seção interna do riser” se refere à porção do riser que está dentro da seção de separação do catalisador. Por exemplo, na modalidade retratada na Figura 1, a seção interna do riser 234 da porção de reator 200 pode estar posicionada dentro da seção de separação do catalisador 210, ao passo que a seção externa do riser 232 está posicionada fora da seção de separação do catalisador 210.

[0031] Conforme retratado na Figura 1, a seção de reator a montante 250 pode ser conectada à seção de reator a jusante 230 por meio da seção de transição 258. A seção de reator a montante 250 pode compreender, de modo geral, uma área em corte transversal maior que a seção de reator a jusante 230. A seção de transição 258 pode ser afunilada do tamanho do corte transversal da seção de reator a montante 250 até o tamanho do corte transversal da seção de reator a jusante 230 de modo que a seção de transição 258 se projete para dentro a partir da seção de reator a montante 250 até a seção de reator a jusante 230.

[0032] Em algumas modalidades, tais como as que a seção de reator a montante 250 e a seção de reator a jusante 230 têm formatos em corte transversal semelhantes, a seção de transição 258 pode ter o formato de um tronco. Por exemplo, para uma modalidade de uma porção de reator 200 que compreende uma seção de reator a montante cilíndrica 250 e uma seção de reator a jusante cilíndrica 230, a seção de transição 258 pode ter o formato de um tronco cônico. No entanto, deve-se entender que se contempla uma ampla variedade de formatos de seção de reator a montante 250 no presente

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14/21 documento que conectam vários formatos e tamanhos da seção de reator a montante 250 e da seção de reator a jusante 230.

[0033] Em uma ou mais modalidades, a seção de reator a montante 250 pode ter uma área média em corte transversal que é pelo menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante 230. Conforme descrito no presente documento, uma “área média em corte transversal” se refere à média das áreas em corte transversal para um determinado componente ou seção de sistema, tal como a seção de reator a montante 250 ou a seção de reator a jusante 230. Caso o componente ou seção de sistema tenha uma área em corte transversal substancialmente constante, tal como os formatos cilíndricos da seção de reator a montante retratada 250 ou a seção de reator a jusante 230, então, a área em corte transversal em qualquer ponto é aproximadamente igual à área média em corte transversal.

[0034] De acordo com uma ou mais modalidades, a seção de reator a montante 250 pode ter uma área média em corte transversal que é pelo menos 160%, pelo menos 170%, pelo menos 180%, pelo menos 190%, pelo menos 200%, pelo menos 250%, pelo menos 300%, pelo menos 400% ou até mesmo pelo menos 500% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante 230.

[0035] Em uma ou mais modalidades, com base no tamanho do formato e em outras condições de processamento, tais como temperatura e pressão na seção de reator a montante 250 e na seção de reator a jusante 230, a seção de reator a montante 250 pode operar de modo que seja ou chegue perto de ser isotérmica, tal como em um reator de fluxo ascendente rápido de leito fluidizado, turbulento ou do tipo borbulhante, ao passo que a seção de reator a jusante 230 pode operar em uma ou mais dentre uma maneira de fluxo em pistão, tal como em um reator riser. Por exemplo, o reator 202 da Figura 1 pode compreender uma seção de reator a montante 250 que opera como um reator de leito rápido fluidizado, turbulento ou do tipo borbulhante e uma seção de reator a jusante 230 que opera como um reator riser de fase

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15/21 diluída, com o resultado em que o fluxo médio de catalisador e gás se move concomitantemente para cima. Conforme usado no presente documento, o termo fluxo médio se refere ao fluxo líquido, isto é, o fluxo total para cima menos o fluxo retrógrado ou reverso, conforme é típico do comportamento de partículas fluidizadas de modo geral. Conforme descrito no presente documento, um reator “rápido fluidizado” pode se referir a um reator que utiliza um regime de fluidização em que a velocidade superficial da fase gasosa é maior que a velocidade de formação de coque e pode ser semidensa em operação. Conforme descrito no presente documento, um reator “turbulento” pode se referir a um regime de fluidização em que a velocidade superficial menor que a velocidade de formação de coque e é mais densa que o regime fluidizado rápido. Conforme descrito no presente documento, um reator de leito tipo borbulhante pode ser referir a um regime de fluidização em que as bolhas bem definidas em um leito altamente denso estão presentes em duas fases distintas. A “velocidade de formação de coque” se refere a velocidade mínima exigida para manter sólidos no modo de fase diluída em uma linha de transporte vertical. Conforme descrito no presente documento, um “riser de fase diluída” pode se referir a um reator riser que opera em uma velocidade de transporte, em que o gás e o catalisador têm aproximadamente a mesma velocidade em uma fase diluída.

[0036] Em uma ou mais modalidades, a pressão no reator 202 que pode estar em uma faixa de 41,4 kPa a cerca de 308,2 quilopascals (kPa, 6,0 a 44,7 libras por polegada quadrada absoluta, psia), porém em algumas modalidades, uma faixa selecionada mais estreita, tal como de 103,4 kPa a cerca de 241,3 kPa (de cerca de 15,0 psia a cerca de 35,0 psia) pode ser empregada. Por exemplo, a pressão pode ser de 103,4 kPa a 206,8 kPa (de cerca de 15,0 psia a cerca de 30,0 psia), de 117,2 kPa a 193,1 kPa (cerca de 17,0 psia a cerca de 28,0 psia) ou de 131,0 kPa a 172,4 kPa (de cerca de 19,0 psia a cerca de 25,0 psia). As conversões de unidade de expressões padrão (não SI) em métricas (SI) no presente documento incluem “cerca de para indicar um arredondamento que pode estar presente nas expressões métricas

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16/21 (SI) com um resultado das conversões.

[0037] Em modalidades adicionais, a velocidade espacial horária mássica (WHSV) para o processo revelado pode estar em uma faixa de 0,5 quilograma (kg) (0,1 libra (Ib)) a 45,36 kg (100 Ib) de alimentação de produto químico por hora (h) por kg (Ib) de catalisador no reator (alimentação por kg (lb)/h/por kg (Ib) de catalisador). Por exemplo, quando um reator compreende uma seção de reator a montante 250 que opera como um reator de leito rápido fluidizado, turbulento ou do tipo borbulhante e uma seção de reator a jusante 230 que opera como um reator riser de fase diluída, a velocidade de gás superficial pode estar em uma faixa no mesmo de 0,61 m/s (cerca de 2 ft/s) a 3,05 m/s (cerca de 10 ft/s) na seção de reator a montante 250 e de 9,14 m/s (cerca de 30 ft/s) a 21,31 m/s (cerca de 70 ft/s) na seção de reator a jusante 230. Em modalidades adicionais, uma configuração de reator que é completamente do tipo riser pode operar em uma única velocidade de gás superficial, alta, por exemplo, em algumas modalidades pelo menos 9,15 m/s (cerca de 30 ft/s) inteiramente.

[0038] Em modalidades adicionais, a razão entre o catalisador e o fluxo de alimentação no reator 202 pode estar em uma faixa de 5 a 100 em uma base de peso para peso (p/p). Em algumas modalidades, a razão pode ser de 10 a 40, tal como de 12 a 36 ou de 12 a 24.

[0039] Em modalidades adicionais, o fluxo de catalisador pode ser de 4,89 kg/m²-s (1 libra por pé quadrado-segundo (lb/ft²-s)) a 97,7 kg/m²-s (a cerca de 20 lb/ft²-s) na seção de reator a montante 250, e de 48,9 kg/m²-s (cerca de 10 lb/ft²-s) a 489 kg/m²-s (cerca de 100 lb/ft²-s) na seção de reator a jusante 230.

[0040] Em operação, o catalisador pode se mover para cima através da seção de reator a jusante 230 (da seção de reator a montante 250) e no dispositivo de separação 220. Os vapores separados podem ser removidos do sistema de reator 102 por meio de um tubo 420 em uma porta de saída de gás 216 da seção de separação do catalisador 210. De acordo com

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17/21 uma ou mais modalidades, o dispositivo de separação 220 pode ser um sistema de separação ciclônico, que pode incluir dois ou mais estágios de separação ciclônica. Em modalidades em que o dispositivo de separação 220 compreende mais que um estágio de separação ciclônica, o primeiro dispositivo de separação no qual o fluxo fluidizado entra é denominado de dispositivo separador ciclônico primário. O efluente fluidizado do dispositivo separador ciclônico primário pode entrar em um dispositivo separador ciclônico primário para separação adicional. Os dispositivos separadores ciclônicos primários podem incluir, por exemplo, ciclones primários e sistemas comercialmente disponíveis sob os nomes VSS (comercialmente disponíveis junto a UOP), LD2 (comercialmente disponíveis junto a Stone e Webster) e RS2 (comercialmente disponíveis junto a Stone e Webster). Os ciclones primários são descritos, por exemplo, nas Patentes n^QU.S. 4.579.716; 5.190.650 e 5.275.641, que são incorporados, cada um, a título de referência em sua totalidade no presente documento. Em alguns sistemas de separação que utilizam ciclones primários como o dispositivo separador ciclônico primário, um ou mais conjuntos de ciclones adicionais, por exemplo, ciclones secundários e ciclones terciários, são empregados para separação adicional do catalisador do gás de produto. Deve-se entender que qualquer dispositivo separador ciclônico primário pode ser usado em modalidades da invenção.

[0041] De acordo com uma ou mais modalidades, seguindo a separação de vapores no dispositivo de separação 220, o catalisador pode se mover de modo geral através do removedor 224 para a porta de saída do catalisador 222 onde o catalisador é transferido para fora da porção de reator 200 por meio do tubo vertical 426 e na porção de processamento de catalisador 300. De modo opcional, o catalisador também pode ser transferido diretamente de volta à seção de reator a montante 250 por meio do tubo vertical 422. Alternativamente, o catalisador pode ser pré-misturado com o catalisador processado no riser de transporte 430.

[0042] Conforme é descrito detalhadamente em conformidade com a modalidade da Figura 1, de acordo com uma ou mais

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18/21 modalidades, o catalisador pode ser processado por uma ou mais dentre as etapas de passar o catalisador do reator 202 ao combustor 350, queimar uma fonte de combustível complementar no combustor 350 a fim de aquecer o catalisador e passar o catalisador aquecido do combustor 350 para o reator 202.

[0043] Agora com referência à porção de processamento de catalisador 300, conforme retratado na Figura 1, o combustor 350 da porção de processamento de catalisador 300 pode incluir uma ou mais portas de entrada de porção de reator inferior 352 e pode estar em comunicação fluida com o riser 330. O combustor 350 pode estar em comunicação fluida com a seção de separação do catalisador 210 por meio do tubo vertical 426 que pode alimentar com catalisador gasto da porção de reator 200 a porção de processamento de catalisador 300 para regeneração. O combustor 350 pode incluir uma porta de entrada de seção de reator adicional 352 onde a entrada de ar 428 se conecta com o combustor 350. A entrada de ar 428 pode alimentar gases reativos que podem reagir com o catalisador gasto ou um combustível complementar para regenerar, pelo menos parcialmente, o catalisador. Por exemplo, o catalisador pode sofrer formação de coque seguindo as reações na seção de reator a montante 250, e o coque pode ser removido do catalisador (isto é, regenerando o catalisador) por uma reação de combustão. Por exemplo, o combustor 350 pode ser alimentado com o oxidante (tal como ar) por meio da entrada de ar 428. Alternativa ou adicionalmente, tal como quando o coque não é formado no catalisador, um combustível complementar pode ser injetado no combustor 350, que pode ser queimado para aquecer o catalisador. Após a combustão, o catalisador processado pode ser separado na seção de separação do catalisador 310 e entregue de volta à porção de reator 200 por meio do tubo vertical 424.

[0044] Em uma modalidade, um combustível complementar de vapor pode ser adicionado ao combustor 350 e queimado para aquecer o catalisador. Por exemplo, combustíveis de vapor adequados podem incluir metanol, gás natural, etanol, propano, hidrogênio ou qualquer gás que

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19/21 compreende valor de energia mediante combustão. De acordo com outra modalidade, um combustível complementar líquido pode ser adicionado ao combustor 350 e queimado para aquecer o catalisador. Os combustíveis complementares líquidos adequados incluem, sem limitação, óleo de combustível, querosene, nafta, produtos pesados de craqueamento ou outros líquidos com valor de combustível adequado para combustão.

[0045] Agora com referência à Figura 2, é retratada uma vista em elevação em recorte de uma modalidade de um combustor 350 adequado para uso com o sistema de reator da Figura 1. O combustor 350 pode incluir uma porção inferior 368 geralmente no formato de um cilindro e uma seção de tronco superior 354. O catalisador gasto ou parcialmente desativado pode entrar no combustor 350 através do tubo vertical 426. O catalisador usado pode impactar uma proteção contra respingos 356 ou pode ser distribuído pela mesma. O combustor 350 pode incluir adicionalmente distribuidores de ar 358 que são localizados na proteção contra respingos 356 ou imediatamente abaixo da altura da mesma. Acima dos distribuidores de ar 358 e da saída 362 do tubo vertical 426 há uma grade 360. Acima da grade 360 há uma pluralidade de distribuidores de gás de combustível 364. Uma ou mais grades adicionais 372 podem ser adicionadas dentro do vaso acima dos distribuidores de gás de combustível 364. Os detalhes adicionais das modalidades que incluem meios de injeção para combustível complementar de vapor estão disponíveis no Pedido n^QU.S. 14/868.507, depositado em 29 de setembro de 2015, que é incorporado a título de referência no presente documento em sua totalidade.

[0046] Em modalidades adicionais, o combustor 350 pode incluir uma ou mais portas de injeção de líquido 374. A porta de injeção de líquido pode ser utilizada para injetar líquido, combustíveis complementares combustíveis no combustor 350. Embora a Figura 2 retrate uma porta de injeção de líquido 374, contempla-se que, em modalidades adicionais, duas ou mais portas de injeção de líquido 374 podem ser incorporadas no combustor 350.

[0047] Agora referindo-se à Figura 3, uma vista em

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20/21 corte transversal suspensa de uma modalidade de uma porta de injeção de líquido 374 é retratada esquematicamente. De acordo com uma ou mais modalidades, a porta de injeção de líquido 374 pode utilizar um modelo coaxial em que uma rota de fluxo axial 398 é cercada por uma rota de fluxo coaxial 396. A rota de fluxo axial 398 pode ser definida por paredes axiais 392 que podem ter formato de tubo. A rota de fluxo coaxial 396 pode cerca a rota de fluxo axial 398 e pode ser definida como o espaço entre a parede axial 392 e a parede coaxial 382. Os meios podem entrar na rota de fluxo axial 398 e na rota de fluxo coaxial 396 através da entrada 390 e da entrada 380, respectivamente e flui em direção ao bocal 388. O bocal se projeta na porção inferior 368 do regenerador (e através de um material refrativo 384) e asperge combustível complementar líquido 386. As paredes 394 podem se projetar ao redor do bocal 388 a fim de permitir que o bocal 388 não seja bloqueado pelo material refratário 384.

[0048] Em uma modalidade, o combustível complementar líquido pode passar através da rota de fluxo axial 398 e um gás, tal como nitrogênio, pode passar através da rota de fluxo coaxial 396. O combustível líquido e o gás podem se misturar no bocal 388 ou ao redor do mesmo, e o combustível líquido pode ser atomizado conforme é aspergido do bocal 388.

[0049] Para efeito de descrição e definição da presente invenção, verifica-se que o termo “cerca de” é utilizado no presente documento para representar o grau inerente de incerteza que pode ser atribuído a qualquer comparação quantitativa, valor, medição ou outra representação. O termo também é utilizado no presente documento para representar o grau pelo qual uma representação quantitativa pode variar a partir de uma referência declarada sem resultar em uma mudança na função básica da matéria em questão.

[0050] Verifica-se que uma ou mais dentre as reivindicações a seguir utilizam o termo “em que como um sintagma de transição. Para efeito de definição da presente invenção, verifica-se que o termo

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21/21 é usado nas reivindicações como um sintagma de transição em aberto que é usado para apresentar a recitação de uma série de características da estrutura e deve ser interpretado semelhantemente como o termo de preâmbulo em aberto usado mais comumente “compreende”.

[0051] De modo geral, “as portas de entrada” e “portas de saída” de qualquer unidade de sistema do sistema de reator 102 descritas no presente documento se referem às aberturas, furos, canais, aberturas, vãos ou outros recursos mecânicos semelhantes na unidade de sistema. Por exemplo, as portas de entrada permitem a entrada de materiais à unidade de sistema particular e as portas de permitem a saída de materiais da unidade de sistema particular. De modo geral, uma porta de saída ou porta de entrada definirá a área de uma unidade de sistema do sistema de reator 102 à qual um cano, conduíte, tubo, mangueira, linha de transporte ou um recurso mecânico semelhante é fixado ou a uma porção da unidade de sistema à qual outra unidade de sistema é fixada diretamente. As portas de entrada e portas de saída podem ser descritas algumas vezes no presente documento funcionalmente em operação, podem ter características físicas semelhantes ou físicas, e as funções respectivas em um sistema operacional não devem ser interpretadas como limitativas das estruturas físicas das mesmas.

[0052] Ficará evidente para as pessoas versadas na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas à presente invenção sem haver afastamento do espírito e escopo da invenção. Visto que combinações, subcombinações e variações de modificações das modalidades reveladas que incorporam o espírito e substância da invenção podem ocorrer às pessoas versadas na técnica, a invenção deve ser interpretada como inclusiva de tudo dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para formar olefinas leves, sendo que método é caracterizado peto fato de que compreende:

introduzir um fluxo de alimentação em um reator, sendo que o reator compreende uma seção de reator a montante e uma seção de reator a jusante, sendo que a seção de reator a montante é posicionada abaixo da seção de reator a jusante e a seção de reator a montante tem uma área média em corte transversal que é pelo menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante;

reagir o fluxo de alimentação com um catalisador de craqueamento no reator para formar um fluxo de produto; e processar o catalisador de craqueamento, sendo que o processamento do catalisador de craqueamento compreende:

passar o catalisador do reator para um combustor;

queimar uma fonte de combustível complementar no combustor para aquecer o catalisador; e passar o catalisador aquecido do combustor para o reator.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo de alimentação compreende um ou mais dentre nafta ou butano.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fluxo de produto compreende um ou mais dentre etileno. propileno ou buteno.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a seção de reator a montante opera como um reator de fluxo ascendente rápido de leito fluidizado, turbulento ou do tipo borbulhante.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a seção de reator a jusante opera como um reator riser de fase diluída.

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6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a velocidade espacial horária mássica no reator é de 0,5 a 45,36 kg (0,1 a 100 Ib) do fluxo de alimentação por hora por kg (Ib) do catalisador de craqueamento no reator.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a seção de reator a montante tem uma velocidade de gás superficial de 6 m/s a 3,05 m/s (2 ft/s a 10 ft/s), e a seção de reator a jusante tem uma velocidade de gás superficial de 9,14 m/s a 21,34 m/s (30 ft/s a 70 ft/s).
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a razão entre o catalisador e o fluxo de alimentação em peso é de 5 a 100.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o catalisador de craqueamento compreende um ou mais zeólitos.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o catalisador de craqueamento compreende platina.
11. Método para formar olefinas leves, sendo que método é caracterizado pelo fato de que compreende:

introduzir um fluxo de alimentação em um reator, sendo que o reator compreende uma seção de reator a montante e uma seção de reator a jusante, sendo que a seção de reator a montante está posicionada abaixo da seção de reator a jusante e a seção de reator a montante que tem uma área média em corte transversal que é pelo menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante, sendo que a seção de reator a montante opera como um reator de fluxo ascendente rápido de leito fluidizado, turbulento ou do tipo borbulhante e a seção de reator a jusante opera como um reator riser de fase diluída;

reagir o fluxo de alimentação com um catalisador de

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3/4 craqueamento no reator para formar um fluxo de produto; e processar o catalisador de craqueamento, sendo que o processamento do catalisador de craqueamento compreende:

passar o catalisador do reator para um combustor;

queimar uma fonte de combustível complementar no combustor para aquecer o catalisador: e passar o catalisador aquecido do combustor para o reator.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a seção de reator a montante tem uma velocidade de gás superficial de 6 m/s a 3,05 m/s (2 ft/s a 10 ft/s), e a seção de reator a jusante tem uma velocidade de gás superficial de 9,14 m/s a 21,34 m/s (30 ft/s a 70 ft/s).
13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a razão entre o catalisador e o fluxo de alimentação em peso é de 5 a 100.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que o fluxo de catalisador na seção de reator a montante é de 1,49 Pa s a 29,76 Pa s (1 lb/ft²-s a 20 lb/ft²-s).
15. Método para formar olefinas leves, sendo que método é caracterizado pelo fato de que compreende:

introduzir um fluxo de alimentação em um reator, sendo que o reator compreende uma seção de reator a montante e uma seção de reator a jusante, sendo que a seção de reator a montante é posicionada abaixo da seção de reator a jusante e a seção de reator a montante tem uma área média em corte transversal que é pelo menos 150% da área média em corte transversal da seção de reator a jusante, e em que o fluxo de alimentação compreende um ou mais dentre nafta ou butano;

reagir o fluxo de alimentação com um catalisador de craqueamento no reator para formar um fluxo de produto, sendo que o fluxo de produto compreende um ou mais dentre etileno, propileno ou buteno; e

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4/4 processar o catalisador de craqueamento, sendo que o processamento do catalisador de craqueamento compreende:

passar o catalisador do reator para um combustor;

queimar uma fonte de combustível complementar no combustor para aquecer o catalisador; e passar o catalisador aquecido do combustor para o reator.