CN101722060A - 用于烯烃裂化反应器的单程再生 - Google Patents
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Abstract
提出了一种用于烯烃裂化反应器的再生方法。该方法利用空气分离装置中的废氮物流，且采用烯烃裂化反应器之中部分燃烧的流出物流来加热该废氮物流。通过将一部分燃烧热量重定向以产生蒸汽，可以实现废氮物流加热的控制。
Description
发明领域
本发明涉及催化剂的再生。特别地，烯烃裂化催化剂的再生，其中催化剂是固定床且保留在反应器中。
发明背景
摇摆式反应器系统在烃加工工业中用于需要经常再生催化剂的工艺。对于固定床反应器而言正是如此，其中使催化剂原位再生，且使该工艺转换到第二、或第三反应器，同时使催化剂在第一反应器中再生。典型的再生包括除去在反应器在线时累积的焦炭沉积物。一种工艺是烯烃裂化工艺(OCP)，其中使C4-C8烯烃在催化剂床之上通过并裂化为更小分子。裂化工艺在催化剂之上产生一些结焦，且随着时间推移由于催化剂孔隙被焦炭堵塞而降低了催化剂活性。通过氧化该焦炭并以包含N2、H2O、CO和CO2的气体的形式将其除去，使催化剂再生。每48小时使OCP反应器再生一次，且由此该工艺经常在反应器之间转换。
重要的是提供简单、可靠的再生系统，其在主要为氮的环境中燃烧掉焦炭沉积物---利用最少投资成本、最小复杂性的方案。
发明概述
本发明包括利用空气分离装置产生的氮物流，用于催化剂床的再生。主要用来生产富氧物流的空气分离装置，也产生作为废物的很大的氮物流，其是用作再生气流的理想选择。将氮物流与空气混合以使氧水平达到小于1mol％，由此形成富氮(贫氧)物流。将富氮物流加热到用于催化剂床的正常操作温度范围的温度水平。加热的富氮物流部分氧化在催化剂之上的碳和有机残留物，且产生含有一氧化碳、氮、水和二氧化碳的流出物流。限制氧水平以限制碳和有机残留物的燃烧，且由此限制再生期间催化剂床中的温度升高。将流出物流通到燃烧室，其中将一氧化碳在释放到大气中之前燃烧，或者引到其它用途中。燃烧室用来加热流出物流到用于一氧化碳转化为二氧化碳的期望温度。通过使燃烧室中一部分热气体重定向以产生蒸汽，有利于燃烧室之中热量的控制以防止富氮物流的过热。可以通过监控温度和采用到燃烧室的回馈，控制到富氮(贫氧)物流的热量数量。
对于本领域技术人员而言，从如下详细说明和附图来看，本发明的其它目的、优点和应用将变得显然。
附图说明
图1是采用串联对流管束(series convention bank)来加热氮和产生蒸汽的工艺的示意图；
图2是采用平行对流管束(parallel convention bank)来加热氮和产生蒸汽的工艺的示意图；和
图3是采用再生加热器和单独的燃烧室的工艺的示意图。
发明详述
当烯烃裂化工艺(OCP)单元是包含天然气到甲醇工艺和甲醇到烯烃(MTO)工艺的烯烃综合装置的一部分时，存在用于再生设备简化和投资成本降低的特定机遇。
用于烯烃裂化工艺的催化剂的再生方法包括，使加热的富氮(贫氧)气在催化剂之上运行，以燃烧掉沉积在催化剂之上的碳和残留有机物。该方法包括，加热再生气体到反应器的温度以使对催化剂体系的热冲击最小化，且提供碳和残留有机物燃烧所必须的热量。大量的惰性气体用来控制焦炭燃烧期间产生的放热反应，且典型地，将气体进行再循环，其中将消耗的气体冷却、干燥并再循环。这是昂贵的工序，但是与甲醇到烯烃工艺、或者其它利用大量氧(且由此可获得大量氮)的工艺伴随在一起时，可以简化该方法且可以采用单程氮方式获得显著的节约。
烯烃裂化工艺可以在催化剂需要再生之前运行24到72小时，但是在48小时循环中使用两个反应器。一个保持在生产模式，且另一处于再生模式。48小时之后，将反应器切换。再生采用含有富氮(贫氧)含量的气流。贫氧物流是氮物流、或其它惰性气体，其中氧含量低于空气中的含量。再生气体优选地具有0.4～5.0mol％的氧含量，且优选是干燥气体，其中水分含量、即水含量小于100ppm。优选地水含量小于10ppm，且更优选地水含量小于1ppm。低水含量将在再生阶段期间保护催化剂。OCP反应器的操作在500～600℃、且优选地525～585℃的温度下。操作期间用于OCP反应器的压力为10kPa～200kPa，其中对于烯烃分压而言优选的操作压力为60kPa～100kPa。流量条件为，2000～3000hr-1的GHSV，其中优选的GHSV为2400～2600hr-1。
对于再生，优选地保持反应器的温度和压力相对稳定，且由此温度和压力的再生条件将接近于OCP反应器的操作温度和压力。
保持低的氧含量，以控制由于碳和残留有机物的部分燃烧而导致的温度升高，以及通过限制再生过程期间温度升高的幅度来保护催化剂。
使用氮用于单程工艺，容许消除昂贵的设备如高温进料和流出物热交换器、反应器流出物冷却器、压缩机真空鼓、循环压缩机、和循环干燥器。这还消除了冷却流出气体、清洁流出气体(包括干燥该气体、并再压缩该气体)的步骤，由此简化了该工艺。
甲醇装置需要大量氧，且这包括空气分离装置以从空气中提取氧。作为空气分离工艺的废弃物，产生大量氮。氧装置之中的废氮可以用于OCP催化剂的再生，代替将氮排放到大气中。这种组合可以与需要空气分离装置且作为废气产生大量氮的任何工艺连接。氮不必纯化到对于甲醇装置而言纯化氧的程度。氮可以含有一些氧用于再生工艺，且任何存在的氧将降低在加热氮物流之前添加较少量的需要注入氮之中的空气的需求。
本发明是用于再生烯烃裂化工艺中所用的摇摆式反应器的方法，且图1中显示了一种实施方式。该方法包括，将空气通过空气管线12加到氮物流管线14中的氮物流中，由此产生富氮(贫氧)物流16。该富氮(贫氧)物流是具有贫氧含量的物流，其中术语贫用于表示氧含量低于空气的氧含量，且在氧用于碳氧化物和残留有机化合物时，该数量小于完全燃烧所需化学计量的量。保持低的氧量，以通过限制燃烧速率来控制温度升高，且通过限制再生过程期间温度升高的幅度来保护催化剂。将富氮(贫氧)物流16在燃烧室20内加热到再生温度，由此产生加热的富氮(贫氧)物流22。将该富氮物流加热到接近于烯烃裂化反应器30操作温度的温度。选择再生温度为与裂化反应器30操作温度是相同温度，由此减少热冲击，且降低或消除加热反应器30以及冷却反应器30所需的时间。由此，操作该再生以保持反应器30在稳定升高的操作温度下。将加热的富氮物流(贫氧)22通到烯烃裂化反应器30，其中加热的气体提供了足以在反应器30之内氧化掉催化剂的碳和残留有机物的热量。碳和残留有机物的燃烧产生包含氮、一氧化碳、水和二氧化碳的流出物流32。将该流出物流32通到燃烧室20，其中在足以将一氧化碳(CO)转化为二氧化碳(CO2)的燃烧温度下操作该燃烧室20。
碳和残留有机物的部分燃烧，通过富氮(贫氧)物流中氧含量的控制，容许控制燃烧过程且防止再生期间反应器和催化剂的过热。再生完成且不再存在燃烧时，富氮物流16中氧含量升高到5mol％。监控流出物流32的温度且作为对再生完成性的检查。如果温度升高，表示存在残留的碳且燃烧仍未完成。
氮物流14可以来自于任何来源，但是在空气分离装置的情形下，其产生大量废氮物流。代替将氮排放到大气中且由此浪费了分离过程中消耗的能量，该氮可以与烯烃裂化工艺一起用于再生工艺。氮再生的单程工艺的优点是，由于更少装备带来的节约。不存在将氮物流循环以再生催化剂的系统所需的交换器、压缩机、或干燥器。
用于这种方法的氮物流14可以达到100～700kPa(14.5～102psia)的压力。更典型地，压力为250～700kPa(36～102psia)。用于富氮物流16的压力需要足够压力以通过该系统到达燃烧室20，且典型地不需要压缩。用于富氮物流22的操作压力可以是100～150kPa(14.5psia～22psia)，且优选地为115kPa～120kPa(16.7～17.5psia)。通常，空气分离装置将在足以用于这个过程的压力下输送氮物流14。如果在高压力水平下输送氮物流14，该压力可以通过减压阀降低，或者可以用来在降低压力的过程中产生能量，如通过涡轮机产生电力。
燃烧室20经常补充燃料气34和补充燃烧空气36，以保持燃烧室20在高温下。燃烧室20在800～1100℃(1470～2000°F)、且优选地870～980℃(1600～1800°F)的温度下操作。用于裂化反应器30再生的温度为500～700℃(930～1300°F)、且优选为530～600℃(985～1100°F)、且更优选为530～595℃(985～1100°F)。加热富氮(贫氧)物流高于700℃，可以潜在地在再生过程期间损害催化剂。可以通过用加热过程期间产生的过量热量产生蒸汽来控制导向加热富氮物流16的热量。额外的物流38用于在位于顶端的蒸汽产生盘管40中产生蒸汽，离开燃烧室20，提供额外的能量回收。
热气体的燃烧室20的流量可以对于将加热的氮量变大。通过利用燃烧室20温度的回馈，可以有助于加热富氮物流16的控制。
通过使加热物流22的一部分24通过热交换器26来产生额外蒸汽，可以有助于对加热富氮物流16的进一步控制。
一种实施方式中，燃烧室20是热氧化器，且在800～1100温度的高温下操作。
图2中显示了替换的实施方式。这种实施方式中，将通过空气管线12的空气与氮管线14中的氮混合，以形成富氮物流16。在燃烧室20中将富氮(贫氧)物流加热到接近于烯烃裂化反应器30的操作温度的温度，由此产生加热的富氮(贫氧)物流22。使加热的富氮(贫氧)物流22通到离线反应器30，其中加热的富氮物流(具有贫氧含量)氧化累积在催化剂之上的碳和残留有机物，且产生流出物流32。将流出物流32通到具有平行对流管束的燃烧室20。平行对流管束通过转移一部分燃烧室20之中的热气体，提供了对加热富氮物流16的控制。将热气体分割为两个物流，其中第一物流用于加热富氮物流16，且第二物流用于在蒸汽产生盘管40中产生蒸汽。
可以通过从富氮物流16的加热的回馈，控制一部分燃烧室20之中的热气体的转移。如果富氮物流16的温度超过上限预设定温度水平，例如对于催化剂再生而言600℃上限温度，在离开燃烧室20时，可以将更多的热气体导向产生蒸汽。如果富氮(贫氧)物流16的温度降到低于下限预设定温度水平，例如对于催化剂再生而言500℃下限温度，在离开燃烧室20时，可以将更多的热气体在其通过燃烧室20时导向加热富氮(贫氧)物流16。
第三种实施方式中，图3中描述了富氮物流16的单程加热。将氮物流14与空气流12混合并通到再生加热器18，其中将富氮物流16加热到再生温度。通过燃料气34和空气36的燃烧加热再生加热器18。将加热的富氮(贫氧)物流22通到烯烃裂化反应器30，其中使碳和残留有机物部分氧化并从催化剂中除去。产生流出物流32并通到燃烧室20，其中流出物流中的一氧化碳发生完全氧化。燃烧室20可以用来产生蒸汽40。
虽然已与目前认为是优选实施方式的那些一起描述了本发明，但是应当理解的是，本发明并非限定于所公开的实施方式，但是旨在覆盖包含在所附权利要求的范围之内的各种改进和等价布置。
Claims (10)
1.一种用于摇摆式反应器再生的方法，其包括：
将空气加到氮物流中，由此产生富氮物流；
将该富氮物流加热到再生温度，由此产生加热的富氮物流；
将该加热的富氮物流通到烯烃裂化反应器，其中温度足以在烯烃裂化反应器中从催化剂燃烧掉碳，由此产生包含氮、一氧化碳、水和二氧化碳的流出物流；和
将该流出物流通到在燃烧温度下操作的燃烧室以将CO转化为CO2。
2.权利要求1的方法，其中在燃烧室内加热该富氮物流。
3.权利要求1的方法，其进一步包括在燃烧室内产生蒸汽。
4.权利要求1的方法，其进一步包括将补充燃料和燃烧空气通到燃烧室。
5.权利要求1的方法，其中燃烧室是热氧化器。
6.权利要求1的方法，其中通过空气分离装置产生氮物流。
7.权利要求1的方法，其中燃烧温度为800～1100℃。
8.权利要求1的方法，其中反应器上游的富氮物流处于100kPa～700kPa的再生压力下。
9.权利要求1的方法，其中富氮物流中的氧低于烯烃裂化反应器中残留碳和烃完全燃烧所需化学计量的量。
10.权利要求1的方法，再生温度为500～700℃。
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