EA013380B1 - Псевдоожижение популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи - Google Patents

Псевдоожижение популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи Download PDF

Info

Publication number
EA013380B1
EA013380B1 EA200701372A EA200701372A EA013380B1 EA 013380 B1 EA013380 B1 EA 013380B1 EA 200701372 A EA200701372 A EA 200701372A EA 200701372 A EA200701372 A EA 200701372A EA 013380 B1 EA013380 B1 EA 013380B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
catalyst
zone
regenerator
regeneration
fluidized bed
Prior art date
Application number
EA200701372A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200701372A1 (ru
Inventor
Джеймс Х. Джр. Бич
Николас П. Каут
Джеффри С. Смит
Майкл П. Николетти
Original Assignee
Эксонмобил Кемикэл Пейтентс, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эксонмобил Кемикэл Пейтентс, Инк. filed Critical Эксонмобил Кемикэл Пейтентс, Инк.
Publication of EA200701372A1 publication Critical patent/EA200701372A1/ru
Publication of EA013380B1 publication Critical patent/EA013380B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/62—Catalyst regeneration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
    • B01J8/0055—Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1809—Controlling processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/26—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with two or more fluidised beds, e.g. reactor and regeneration installations
    • B01J8/28—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with two or more fluidised beds, e.g. reactor and regeneration installations the one above the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/34—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with stationary packing material in the fluidised bed, e.g. bricks, wire rings, baffles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G11/00—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G11/14—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts
    • C10G11/18—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/42—Catalytic treatment
    • C10G3/44—Catalytic treatment characterised by the catalyst used
    • C10G3/48—Catalytic treatment characterised by the catalyst used further characterised by the catalyst support
    • C10G3/49—Catalytic treatment characterised by the catalyst used further characterised by the catalyst support containing crystalline aluminosilicates, e.g. molecular sieves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/54—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids characterised by the catalytic bed
    • C10G3/55—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids characterised by the catalytic bed with moving solid particles, e.g. moving beds
    • C10G3/57—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids characterised by the catalytic bed with moving solid particles, e.g. moving beds according to the fluidised bed technique
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00752—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00761—Discharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00823—Mixing elements
    • B01J2208/00831—Stationary elements
    • B01J2208/0084—Stationary elements inside the bed, e.g. baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2400/00—Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
    • C10G2400/20—C2-C4 olefins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

В изобретении описаны способы псевдоожижения популяции каталитических частиц, которая обеднена каталитической мелочью. В одном варианте этот способ включает создание множества каталитических частиц в реакторе, в котором каталитические частицы характеризуются значением d, большим примерно 40 мкм. Эти каталитические частицы вводят в контакт с псевдоожижающей средой в условиях, эффективных для того, чтобы обеспечить псевдоожиженное поведение каталитических частиц и образование псевдоожиженного слоя. Частицы вводят в контакт с одним или несколькими первичными препятствующими элементами при одновременном нахождении в псевдоожиженном слое. Благодаря псевдоожижению каталитических частиц таким путем эти каталитические частицы можно поддерживать при аксиальном газовом критерии Пекле от примерно 10 до примерно 20.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способам псевдоожижения каталитических частиц, а более конкретно - к псевдоожижению популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи.
Предпосылки создания изобретения
Легкие олефины, которыми в настоящем описании названы этилен и пропилен, служат в качестве исходных материалов для получения многочисленных химикатов. Олефины традиционно получают крекингом нефти. Вследствие ограниченности снабжения и/или высокой стоимости нефтяного сырья затраты на производство олефинов из нефтяных источников постоянно возрастают.
Альтернативным сырьем для получения легких олефинов являются различные оксигенаты, такие как спирты, в частности метанол, диметиловый эфир и этанол. Спирты могут быть получены ферментацией или из синтез-газа, получаемого из природного газа, жидких нефтепродуктов, углеродистых материалов, включая уголь, переработанных для вторичного использования пластиков, муниципальных отходов или любого органического материала. В качестве экономичного ненефтяного источника при получении олефинов благодаря широкому разнообразию источников имеют перспективу спирты, производные спиртов и другие оксигенаты.
В реакционной системе оксигенат в олефины (ОвО) оксигенат во включающем оксигенат исходном материале входит в контакт с каталитической композицией на основе молекулярного сита в условиях, эффективных для превращения по меньшей мере части оксигената в легкие олефины, которые выходят из реакционной системы в отходящем из реакции потоке. Поскольку исходный материал входит в контакт с каталитическими композициями на основе молекулярных сит при высоких значениях среднечасовой скорости подачи сырья и в условиях повышенных температуры и давления, часть частиц каталитических композиций может разрушаться, например истираться, с образованием большего числа более мелких частиц из-за истирания катализатора. Некоторые частицы после истирания катализатора обладают очень малыми размерами, и известны как каталитическая мелочь. Благодаря своим относительно большим соотношениям между площадью поверхности и массой, часть каталитической мелочи в реакционной системе может подвергнуться нежелательному уносу отходящим из реакции потоком и выходят с ним из реакционной системы. И наоборот, благодаря своим относительно малым соотношениям между площадью поверхности и массой более крупные частицы проявляют тенденцию селективно задерживаться в реакционных системах ОвО. Селективное удерживание более крупных частиц составляет особую проблему для высокостойких к истиранию частиц.
Из регенератора катализатора, связанного с реакционной системой ОвО, способны теряться дополнительные каталитические частицы, в особенности каталитическая мелочь. В случаях обычных регенерационных сосудов закоксованный катализатор направляют из реактора в регенератор катализатора. В регенераторе катализатора этот последний псевдоожижают псевдоожижающей средой, как правило включающей регенерационную среду, в условиях, эффективных для удаления из закоксованного катализатора кокса сжиганием регенерационной средой и образованием регенерированного катализатора и газообразных побочных продуктов. Основное количество регенерированного катализатора из регенератора возвращают в реактор. Газообразные побочные продукты вытесняют через выпускное приспособление для отходящего потока, размещенное в верхней секции регенератора катализатора. К сожалению, с газообразными побочными продуктами через выпускное приспособление для отходящего потока из регенератора вытесняется значительное количество захватываемого катализатора, в особенности каталитическая мелочь.
Один нежелательный эффект, вызванный накоплением крупных каталитических частиц в реакционной или регенерационной системе ОвО, заключается в том, что вследствие потери тонкодисперсных частиц в богатой крупными частицами реакционной или регенерационной системе циркулирующий текучий слой или псевдоожиженный слой обычно работает не так хорошо, в особенности в том, что касается циркуляции катализатора внутри стояков, а также в том, что касается распределения газа внутри псевдоожиженного слоя. Уже описано несколько способов, разработанных для разрешения этой проблемы.
Так, например, один обычный метод включает неселективное удаление в реакционной системе части всех каталитических частиц с созданием пространства для добавления свежего катализатора. Однако этот метод удаления каталитических частиц нежелательного размера оказывается неэффективным, поскольку при этом с каталитическими частицами нежелательного размера из реакционной системы удаляют значительную часть каталитических частиц нужного размера.
В патенте И8 № 5746321, выданном на имя Нейшдет, 1т. и др., описано сочетание магнитного сепаратора, классификатора катализатора и/или измельчителя катализатора, который изнашивает внешние слои катализатора, образует более активный катализатор с более низким содержанием металла и более жестким регулированием среднего размера частиц и сужает распределение частиц по размерам, обеспечивая улучшенные свойства псевдоожижения и повышенные активность и селективность. Такой способ особенно эффективен при обработке исходных материалов с высоким содержанием металлов.
В патенте ϋδ № 2573559, выданном на имя Гйейтап, описан заменяющий слой псевдоожиженного
- 1 013380 катализатора, активность которого во время применения становится пониженной, свежим псевдоожиженным катализатором, причем средний размер частиц обоих катализаторов находится в интервале от 40 до 400 меш. Средний размер частиц свежего катализатора отличается от среднего размера частиц частично отработавшего катализатора на по меньшей мере 10-мешную величину, а предпочтительно на 25 меш. Свежий катализатор вводят в реактор в таких условиях, в которых реакционная температура практически не повышается, и одновременно с этим катализатор отводят из реактора в части ниже верхнего уровня слоя. Удаленный катализатор разделяют по размерам частиц на свежий катализатор, который возвращают в реактор, и дезактивированный катализатор, который регенерируют. В соответствии с патентом '559 полная замена катализатора может быть осуществлена в нормальных рабочих условиях в течение от 20 до 48 ч.
В патентной публикации И8 № 2005-0245781 описаны способы сохранения целевого распределения частиц по размерам в реакционной системе ОвО. В одном варианте объем изобретения охватывает замену потерянной каталитической мелочи менее активными сокаталитическими частицами. Добавлением менее активных сокаталитических частиц в реакционную систему необходимые характеристики псевдоожижения и гидродинамику можно поддерживать без влияния на общие эксплуатационные свойства и селективность в отношении продукта.
Однако потребность в улучшении характеристик псевдоожижения популяции каталитических частиц, которая обеднена каталитической мелочью, например обладает распределением крупных частиц по размерам или частиц среднего диаметра, без необходимости добавления новой каталитической мелочи сохраняется.
Краткое изложение сущности изобретения
Объектом настоящего изобретения являются новые способы эффективного псевдоожижения популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи, в реакторе с псевдоожиженным слоем. Популяцию каталитических частиц псевдоожижают в реакторе с псевдоожиженным слоем с получением псевдоожиженного слоя. В псевдоожиженном слое популяция каталитических частиц в условиях псевдоожижения входит в контакт с одним или несколькими препятствующими элементами, например с отбойными перегородками. Настоящее изобретение особенно хорошо подходит для псевдоожижения популяции каталитических частиц, обедненной каталитической мелочью, в реакторе превращения оксигената в олефины (ОвО) и/или регенераторе катализатора.
В одном варианте объектом изобретения является способ псевдоожижения каталитических частиц в реакторе, который включает следующие стадии: (а) создание в реакторе множества каталитических частиц, где каталитические частицы обладают значением б2 больше примерно 40, больше примерно 50 или больше примерно 60 мкм; (б) контактирование каталитических частиц с псевдоожижающей средой в условиях, эффективных для того, чтобы обеспечить псевдоожиженное поведение каталитических частиц и образование псевдоожиженного слоя; и (в) контактирование частиц с одним или несколькими первичными препятствующими элементами, когда они находятся в псевдоожиженном слое.
Способ далее необязательно включает следующую стадию: контактирование исходного материала, включающего оксигенат, со множеством каталитических частиц в условиях, эффективных для превращения оксигената в легкие олефины и воду. Согласно этому объекту псевдоожижающая среда необязательно включает исходный материал.
По другому варианту по меньшей мере часть из множества каталитических частиц по меньшей мере частично закоксовывается, и способ дополнительно включает следующую стадию: контактирование регенерационной среды со множеством каталитических частиц в условиях, эффективных, по меньшей мере, для частичного регенерирования, по меньшей мере, частично закоксованных каталитических частиц. Согласно этому объекту регенерационная среда необязательно включает воздух, а псевдоожижающая среда необязательно включает регенерационную среду.
В другом варианте объектом изобретения является множество псевдоожиженных каталитических частиц в псевдоожиженном слое, характеризующееся значением б2 больше 40, больше примерно 50 или больше примерно 60 мкм и аксиальным газовым критерием Пекле от примерно 4 до примерно 100, когда частицы псевдоожижают в реакторе, обладающем одним или несколькими первичными препятствующими элементами, расположенными внутри псевдоожиженного слоя.
В другом варианте объектом изобретения является реакционная система, включающая: (а) псевдоожиженный слой из множества каталитических частиц в реакторе, где каталитические частицы характеризуются значением б2 больше примерно 40, больше примерно 50 или больше примерно 60 мкм; и (б) один или несколько первичных препятствующих элементов, расположенных внутри псевдоожиженного слоя, по меньшей мере, для частичного воспрепятствования движению каталитических частиц вверх.
Реактор необязательно включает реакционную зону и разделительную зону, и внутри реакционной зоны находится псевдоожиженный слой. Согласно этому объекту изобретения, по меньшей мере, для частичного воспрепятствования движению вверх уносимого катализатора внутри разделительной зоны необязательно расположен один или несколько вторичных препятствующих элементов. Один или несколько вторичных препятствующих элементов необязательно расположены меньше чем на 2 м выше псевдоожиженного слоя. Реактор необязательно включает регенератор катализатора или реактор пре
- 2 013380 вращения оксигената в олефины.
Каталитические частицы в псевдоожиженном слое, например псевдоожиженные каталитические частицы, необязательно характеризуются аксиальным газовым критерием Пекле от примерно 4 до примерно 100, предпочтительно от примерно 8 до примерно 30, а наиболее предпочтительно от примерно 10 до примерно 20.
Каталитические частицы необязательно включают молекулярные сита, выбранные из группы, включающей 8ΆΡΘ-5, 8ΆΡΘ-8, 8ΆΡΘ-11, 8ΆΡΘ-16, 8ΆΡΘ-17, 8ΆΡΘ-18, 8ΆΡΘ-20, 8ΆΡΘ-31, 8ΆΡΘ-34, 8ΆΡΘ-35, 8ΆΡΘ-36, 8ΆΡΘ-37, 8ΆΡΘ-40, 8ΆΡΘ-41, 8ΆΡΘ-42, 8ΆΡΘ-44, 8ΆΡΘ-47, 8ΆΡΘ-56, сросшиеся материалы АЕ1/СНА, их металлсодержащие формы и их смеси. Эти каталитические частицы необязательно контактируют с исходным материалом, включающим оксигенат, в псевдоожиженном слое в условиях, эффективных для превращения оксигената в легкие олефины и воду. Согласно этому объекту каталитические частицы необязательно псевдоожижают псевдоожижающей средой, включающей исходный материал.
По другому варианту реактор включает регенератор катализатора. В этом варианте по меньшей мере часть из множества каталитических частиц по меньшей мере частично закоксовывается. Согласно этому объекту каталитические частицы необязательно контактируют с регенерационной средой, предпочтительно включающей воздух, в псевдоожиженном слое в условиях, эффективных для по меньшей мере частичного регенерирования, по меньшей мере, частично закоксованных каталитических частиц. Каталитические частицы необязательно псевдоожижают псевдоожижающей средой, включающей регенерационную среду.
Один или несколько первичных препятствующих элементов необязательно включают по меньшей мере одну отбойную перегородку в форме перевернутой литеры V, которая перекрывает часть общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя. Эта отбойная перегородка в форме перевернутой литеры V необязательно перекрывает от примерно 20 до примерно 80%, от примерно 40 до примерно 60% или от примерно 45 до примерно 55% общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя. Дополнительно или по другому варианту один или несколько первичных препятствующих элементов включают по меньшей мере одну отбойную перегородку в стиле решетки метрополитена, которая перекрывает часть общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя. Эта отбойная перегородка в стиле решетки метрополитена необязательно перекрывает от примерно 60 до примерно 95%, от примерно 70 до примерно 95% или от примерно 80 до примерно 90% общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение становится более понятным, если обратиться к подробному описанию изобретения, взятому вместе с прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 проиллюстрирован реактор или регенератор с псевдоожиженным слоем в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фиг. 2 проиллюстрированы конфигураци А-Г препятствующего элемента в соответствии с несколькими вариантами выполнения настоящего изобретения;
на фиг. 3 представлен график, иллюстрирующий унос катализатора в зависимости от высоты над слоем плотной фазы;
на фиг. 4 проиллюстрирован реактор или регенератор с псевдоожиженным слоем в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фиг. 5 проиллюстрирован реактор или регенератор с псевдоожиженным слоем в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фиг. 6 представлен график, иллюстрирующий результаты измерения падения давления в динамическом слое при низком содержании мелочи в зависимости от времени для реактора с псевдоожиженным слоем, обладающего 2 снабженными канавками решетчатыми отбойными перегородками;
на фиг. 7 представлен график, иллюстрирующий результаты измерения падения давления в динамическом слое при низком содержании мелочи в зависимости от времени для реактора с псевдоожиженным слоем, обладающего 1 снабженной канавками решетчатой отбойной перегородкой;
на фиг. 8 представлен график, иллюстрирующий результаты измерения падения давления в динамическом слое при низком содержании мелочи в зависимости от времени для реактора с псевдоожиженным слоем, обладающего в форме перевернутой литеры V навесоподобные отбойные перегородки, как показанные на фиг. 5;
на фиг. 9 представлен график, иллюстрирующий результаты измерения падения давления в динамическом слое при низком содержании мелочи в зависимости от времени для реактора с псевдоожиженным слоем без каких-либо отбойных перегородок; а на фиг. 10 представлен график, иллюстрирующий результаты измерения падения давления в динамическом слое при адекватном содержании мелочи (от 8 до 12 мас.%) в зависимости от времени для реактора с псевдоожиженным слоем без каких-либо отбойных перегородок.
- 3 013380
Подробное описание изобретения
I. Введение.
Объектом настоящего изобретения являются новые способы и реакционные системы для эффективного псевдоожижения популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи и, следовательно, распределением крупных частиц по размерам (РЧР), введением частиц в контакт с отбойными перегородками, предпочтительно внутри псевдоожиженного слоя, в условиях псевдоожижения. Таким образом, настоящее изобретение хорошо подходит для псевдоожижения популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи, в реакторе с псевдоожиженным слоем. Используемое в настоящем описании понятие реактор с псевдоожиженным слоем служит для обозначения реактора или регенератора катализатора, в котором создают псевдоожиженный слой каталитических частиц. Объектом настоящего изобретения является также возможность свести к минимуму потерю уносимого катализатора. В предпочтительном варианте реактор с псевдоожиженным слоем включает реактор или регенератор катализатора превращения оксигената в олефины (ОвО). Объектом изобретения является также популяция каталитических частиц, характеризующаяся низким содержанием мелочи, но проявляющая характеристики эффективного псевдоожижения.
II. Псевдоожижение каталитических частиц, обладающих низким содержанием мелочи.
В реакционном процессе в псевдоожиженном слое каталитические частицы контактируют с псевдоожижающей средой, такой как исходный материал, в условиях, эффективных для того, чтобы обеспечить псевдоожиженное поведение каталитических частиц. Когда их псевдоожижают, каталитические частицы превращаются в расширенную, суспендированную массу, которая обладает многими свойствами жидкости. Так, например, масса обладает нулевым углом покоя, стремится занять свой уровень и принимает форму ее содержащего сосуда. Способы псевдоожижения катализатора в области химического машиностроения хорошо известны (см., например, работу йоЬей Н. Репу & Бои ^. Отееи, Ретту'к С11С1шеа1 Епдшееш' НапбЬоок с 17-2 по 17-18 (71й Еб. 1997)). Примеры нескольких реакционных процессов, которые, как правило, протекают в режимах истечения в псевдоожиженном слое, включают, хотя ими их список не ограничен, крекинг и реформинг углеводородов, окисление нафталина до фталевого ангидрида и аммоксидирование пропилена до акрилонитрила. Реакционные процессы в псевдоожиженном слое также часто используют для регенерирования отработавших каталитических частиц.
В обычной реакционной системе ОвО каталитическая композиция на основе молекулярного сита входит в контакт с оксигенатсодержащим исходным материалом в условиях, эффективных для превращения по меньшей мере части оксигената оксигенатсодержащего исходного материала в легкие олефины. Когда этот исходный материал входит в контакт с каталитическими композициями на основе молекулярных сит при высоких значениях среднечасовой скорости подачи сырья и в экстремальных условиях температуры и давления, часть каталитических композиций может разрушиться, например подвергнуться истиранию, с образованием большего числа более мелких частиц. Некоторые частицы после истирания катализатора обладают очень малыми размерами и известны как каталитическая мелочь.
Используемое в настоящем описании понятие каталитическая мелочь служит для обозначения совокупности частиц составленной каталитической композиции, обладающей значением б90 не больше 44 мкм. И наоборот, каталитическую немелочь в настоящем описании определяют как совокупность частиц составленной каталитической композиции, обладающую значением б90 больше 44 мкм. Крупнозернистые катализаторы в настоящем описании определяют как совокупность частиц составленной каталитической композиции, обладающую средним диаметром частиц по меньшей мере 120 мкм. Используемое в настоящем описании понятие некрупнозернистые катализаторы в настоящем описании определяют как совокупность частиц составленной каталитической композиции, обладающую средним диаметром частиц меньше 120 мкм.
Используемое в настоящем описании понятие средний диаметр частиц служит для обозначения параметра б50 для конкретно упомянутого множества частиц. Принимая во внимание цели описания данной заявки на патент и прилагаемой формулы изобретения, размер частиц бх означает, что х объемных процентов конкретно упомянутого множества частиц, характеризуются диаметром частиц не больше значения бх. Придерживаясь этого определения, распределение частиц по размерам (РЧР), используемое для установления значения бх, определяют с применением хорошо известных методов по рассеянию лазерного излучения с помощью анализатора размеров частиц МюгоПас модели §3000 фирмы Мютойас, 1пс. (Ларго, шт.Флорида). Понятие диаметр частиц, используемое в настоящем описании, служит для обозначения диаметра определенной сферической частицы или эквивалентного диаметра несферических частиц, как это устанавливают по рассеянию лазерного излучения с помощью анализатора размеров частиц Мютойас модели §3000.
Благодаря своим относительно большим соотношениям между площадью поверхности и массой, часть катализаторной мелочи в реакционной системе может подвергнуться нежелательному уносу отходящим из реакции потоком и выходит с ним из реакционной системы. Каталитическая мелочь также может подвергаться уносу отходящим из регенератора газом и оказаться потерянной реакционной системой посредством регенератора катализатора. И наоборот, благодаря своим относительно малым соотношени- 4 013380 ям между площадью поверхности и массой более крупные частицы, такие как крупнозернистые катализаторы, проявляют тенденцию селективно задерживаться в реакционных системах ОвО, когда частицы обладают стойкостью к истиранию и когда свежими заменяют только потери. Получаемая популяция каталитических частиц обладает увеличенным распределением частиц по размерам, например значением В50, и проявляет плохие характеристики псевдоожижения в реакторе, а также в регенераторе катализатора.
В одном варианте объектом настоящего изобретения является возможность свести к минимуму потерю уносимого катализатора из реактора с псевдоожиженным слоем. Хотя объектом настоящего изобретения является сведение к минимуму потери уносимого катализатора, потери некоторого количества уносимого катализатора оказываются неизбежными. Тем не менее поскольку каталитическая мелочь теряется из реакционной и/или регенерационной системы, по изобретению также предлагается возможность сохранить необходимые характеристики псевдоожижения в реакторе с псевдоожиженным слоем, таком как регенератор катализатора, обладающий псевдоожиженным слоем, образованным популяцией каталитических частиц с относительно низким содержанием каталитической мелочи. Таким образом, настоящее изобретение обладает двумя следующими достоинствами: выполнение настоящего изобретения сводит к минимуму потерю уносимого катализатора и одновременно максимизирует характеристики псевдоожижения остающихся каталитических частиц, пусть даже некоторое количество каталитической мелочи оказывается потерянным.
В одном варианте объектом настоящего изобретения является способ псевдоожижения каталитических частиц в реакторе, предпочтительно в реакторе с псевдоожиженным слоем. Способ включает стадию создания в реакторе множества каталитических частиц, где каталитические частицы характеризуются значением В2 больше примерно 40, больше примерно 50 или больше примерно 60 мкм. Более того способ включает стадию контактирования каталитических частиц с псевдоожижающей средой в условиях, эффективных для того, чтобы обеспечить псевдоожиженное поведение каталитических частиц и образование псевдоожиженного слоя. Способ также включает стадию контактирования частиц с одним или несколькими первичными препятствующими элементами, когда они находятся в псевдоожиженном слое.
Популяция каталитических частиц, характеризующаяся значение В2 больше 40 мкм, обладает намного более низким содержанием каталитической мелочи, чем каталитические популяции, как правило используемые в псевдоожиженных реакционных системах. Популяции каталитических частиц, которые обладают низким содержанием мелочи, до сих пор считаются обладающими весьма нежелательными характеристиками псевдоожижения. Так, например, когда псевдоожижают популяцию каталитических частиц, характеризующуюся низким содержанием мелочи, проявляется тенденция к образованию внутри слоя крупных пузырьков. Эти пузырьки препятствуют движению каталитических частиц в стояки, посредством которых каталитические частицы выходят из псевдоожиженного слоя. Используемое в настоящем описании понятие популяция каталитических частиц, характеризующаяся низким содержанием мелочи, служит для обозначения популяции каталитических частиц, характеризующейся значением В2 больше 40 мкм. Однако было установлено, что в целесообразном варианте несмотря на относительно высокое значение В2 каталитических частиц, псевдоожиженных в соответствии с настоящим изобретением, необходимые характеристики псевдоожижения могут быть сохранены с помощью одного или нескольких препятствующих элементов, например отбойных перегородок, предпочтительно внутри псевдоожиженного слоя.
Способ по настоящему изобретению далее необязательно включает следующую стадию: контактирование исходного материала, включающего оксигенат, со множеством каталитических частиц в условиях, эффективных для превращения оксигената в легкие олефины и воду. Согласно этому объекту псевдоожижающая среда необязательно включает исходный материал. Таким образом, в этом варианте реактор с псевдоожиженным слоем включает реактор ОвО. В этом варианте предпочтительные каталитические частицы включают молекулярные сита, выбранные из группы, включающей 8ΑΡΟ-5, 8ΑΡΟ-8, 8ΑΡΟ-11, 8ΑΡΟ-16, 8ΑΡΟ-17, 8ΑΡΟ-18, 8ΑΡΟ-20, 8ΑΡΟ-31, 8ΑΡΟ-34, 8ΑΡΟ-35, 8ΑΡΟ-36, 8ΑΡΟ-37, 8ΑΡΟ-40, 8 АРО-41, 8ΑΡΟ-42, 8ΑΡΟ-44, 8ΑΡΟ-47, 8ΑΡΟ-56, сросшиеся материалы АЕ1/СНА, их металлсодержащие формы и их смеси.
По другому варианту по меньшей мере часть из множества каталитических частиц, по меньшей мере, частично закоксовывается, и способ дополнительно включает следующую стадию: контактирование регенерационной среды со множеством каталитических частиц в условиях, эффективных, по меньшей мере, для частичного регенерирования, по меньшей мере, частично закоксованных каталитических частиц. Согласно этому объекту регенерационная среда необязательно включает воздух, а псевдоожижающая среда необязательно включает регенерационную среду. Таким образом, реактор с псевдоожиженным слоем в этом варианте включает регенератор катализатора, предпочтительно регенератор катализатора в реакционной системе ОвО. Процессы регенерирования катализатора также подробно описаны ниже.
В предпочтительном варианте реактор с псевдоожиженным слоем включает реакционную зону и разделительную зону, и псевдоожиженный слой находится внутри реакционной зоны. Если реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой регенератор катализатора, то реакционную зону называют регенерационной зоной. Как и следует из этих названий, реакция, проводимая в реакторе с псевдоожи
- 5 013380 женным слоем, протекает почти исключительно в реакционной зоне с образованием газообразных продуктов, которые транспортируют в разделительную зону пневматическими средствами. Часть катализатора из реакционной зоны может подвергаться уносу газообразными продуктами и входить с ними в разделительную зону. В предпочтительном варианте для содействия отделению уносимого катализатора от газообразных продуктов и возврату катализатора назад в реакционную зону разделительную зону оборудуют одним или несколькими разделительными устройствами, например циклонными сепараторами. Препятствующие элементы по настоящему изобретению, которые в идеальном случае расположены внутри псевдоожиженного слоя, в предпочтительном варианте также расположены в реакционной зоне, хотя, по меньшей мере, для частичного воспрепятствования движению вверх уносимого катализатора внутри разделительной зоны могут быть расположены дополнительные препятствующие элементы (вторичные препятствующие элементы), тем самым дополнительно ограничивая потерю уносимого катализатора. Если реактор с псевдоожиженным слоем включает в разделительной зоне один или несколько вторичных препятствующих элементов, вторичный препятствующий элемент (элементы) необязательно расположен на расстоянии от примерно 0,5 до примерно 4 м, более предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 2 м, а наиболее предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 1 м, над поверхностью псевдоожиженного слоя. Что касается верхних границ интервала, то вторичный препятствующий элемент (элементы) или часть элементов необязательно расположена на расстоянии меньше 4 м, меньше 2 м или меньше 1 м над псевдоожиженным слоем.
Улучшенные свойства псевдоожижения популяции каталитических частиц, обладающей низким содержанием мелочи, могут быть охарактеризованы различным образом. В одном варианте способность популяции каталитических частиц к псевдоожижению в реакторе с псевдоожиженным слоем может быть отражена аксиальным паровым критерием Пекле каталитической системы. Критерий Пекле является безразмерным числом, которое отражает относительное отклонение от поршневого режима потока, которое обычно согласуется со способностью популяции каталитических частиц к псевдоожижению в данном реакторе с псевдоожиженным слоем. Критерий Пекле для бесконечности (нулевое диспергирование) является идеальным поршневым режимом потока, а низкий критерий Пекле, скажем меньше 4, описывает реактор с более полным перемешиванием. Принимая во внимание цели настоящего изобретения, критерий Пекле (Ре) определяют следующим уравнением:
ϋ в котором ид обозначает скорость подачи газа на единицу сечения потока через слой катализатора;
Ь обозначает толщину псевдоожиженного слоя, а
Ό обозначает коэффициент аксиальной газовой дисперсии.
Коэффициент аксиальной дисперсии Ό, называемый также коэффициентом аксиальной газовой диффузии, выражают в единицах площади/время и в предпочтительном варианте определяют экспериментами с самопишущим прибором, что, по-видимому, очевидно для специалиста в данной области техники. В предпочтительном варианте популяция каталитических частиц, характеризующаяся низким содержанием мелочи, обладает критерием Пекле от примерно 4 до примерно 100, от примерно 8 до примерно 30 или от примерно 10 до примерно 20. Такие критерии Пекле характерны для популяции каталитических частиц внутри реакционной системы с псевдоожиженным слоем или вертикальным трубным реактором, обладающей особенно хорошими характеристиками псевдоожижения.
Таким образом, в другом варианте объектом изобретения является множество псевдоожиженных каталитических частиц в псевдоожиженном слое, характеризующееся значением й2 больше 40, больше примерно 50 или больше примерно 60 мкм и характеризующееся аксиальным газовым критерием Пекле от примерно 4 до примерно 100, когда частицы псевдоожижают в реакторе, обладающем одним или несколькими первичными препятствующими элементами, размещенными внутри псевдоожиженного слоя.
В другом варианте объектом изобретения является реакционная система, включающая: (а) псевдоожиженный слой из множества каталитических частиц в реакторе, в котором каталитические частицы обладают значением й2 больше примерно 40, больше примерно 50 или больше примерно 60 мкм; и (б) один или несколько первичных препятствующих элементов, расположенных внутри псевдоожиженного слоя, по меньшей мере, для частичного воспрепятствования движению каталитических частиц вверх.
В дополнение к критерию Пекле, способность к псевдоожижению популяции каталитических частиц также может быть отражена скоростью потока каталитических частиц по стояку, связанному с реактором с псевдоожиженным слоем. В реакторе с псевдоожиженным слоем каталитические частицы регулярно добавляют в псевдоожиженный слой и отводят из него по различным причинам, например для регенерирования катализатора, для направления регенерированного катализатора назад в главный реактор (если реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой регенератор катализатора), с целью освобождения пространства для свежего катализатора и т.д. Катализатор, как правило, удаляют из псевдоожиженного слоя по стояку, который в одном варианте представляет собой, по существу, вертикально ориентированный патрубок, сообщающийся с возможностью прохождения текучей среды с псевдоожиженным слоем и снабженный отверстием ниже поверхности псевдоожиженного слоя. Однако полагают,
- 6 013380 что патрубок может быть наклонен относительно вертикали на угол, достигающий от 45 до 60°. Поскольку в псевдоожиженном слое каталитические частицы ведут себя как текучая среда, эти каталитические частицы обычно проявляют тенденцию к движению к отверстию стояка и истечению по стояку вниз (в естественном направлении). Затем катализатор необязательно поднимают в другой сосуд по восходящей линии или с помощью другого транспортного устройства или он стекает под действием собственной массы непосредственно в другой приемный сосуд.
Как указано выше, популяция каталитических частиц, которая проявляет плохую способность к псевдоожижению, обычно менее эффективно переносит каталитические частицы к стояку реактора с псевдоожиженным слоем, чем популяция каталитических частиц, которая проявляет хорошую способность к псевдоожижению. Таким образом, скорость потока катализатора по стояку (или стоякам) непосредственно коррелируется со способностью популяции каталитических частиц к псевдоожижению. Согласно этому объекту настоящего изобретения скорость потока относится к зоне стояка, которая не принимает восходящей среды, например предпочтительно, по существу, к вертикально ориентированной зоне стояка, а не к восходящей линии, которая может быть связана со стояком.
Таким образом, в одном варианте выполнения настоящего изобретения реактор с псевдоожиженным слоем далее включает стояк, снабженный отверстием, расположенным ниже поверхности псевдоожиженного слоя. Часть популяции каталитических частиц, характеризующаяся низким содержанием мелочи, поступает в отверстие из псевдоожиженного слоя и стекает по стояку при приведенной скорости от примерно 0,1 до примерно 5 м/с, более предпочтительно от примерно 0,25 до примерно 3 м/с, а наиболее предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 2 м/с. Тем не менее в еще одном варианте часть популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием мелочи, входит в отверстие из псевдоожиженного слоя и стекает по стояку при приведенной скорости от примерно 0,5 до примерно 5 м/с, более предпочтительно от примерно от 1 до примерно 3 м/с, а наиболее предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 2 м/с.
III. Конструктивные параметры и рабочие условия реактора с псевдоожиженным слоем.
Как указано выше, объектом настоящего изобретения является псевдоожижение популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием мелочи, в реакторе с псевдоожиженным слоем. В идеальном случае реактор с псевдоожиженным слоем включает один или несколько препятствующих элементов, размещенных внутри псевдоожиженного слоя для содействия псевдоожижению популяции каталитических частиц. Дополнительно или по другому варианту реактор с псевдоожиженным слоем работает в определенных рабочих условиях, позволяющих максимизировать характеристики псевдоожижения содержащихся в нем каталитических частиц. Далее предпочтительные конструктивные параметры и рабочие условия реактора с псевдоожиженным слоем описаны более подробно.
Характеристики псевдоожижения катализатора могут быть улучшены и унос катализатора минимизирован в соответствии с настоящим изобретением созданием реактора с псевдоожиженным слоем, например регенератора катализатора, обладающего особыми конструктивными параметрами, обсуждаемыми ниже, и/или тщательным мониторингом режимов потоков катализатора в реакционной и разделительной зонах реактора с псевдоожиженным слоем.
В предпочтительном варианте реактор с псевдоожиженным слоем включает реакционную зону и разделительную зону. В реакционной зоне катализатор входит в контакт с псевдоожижающей средой в условиях, эффективных для образования псевдоожиженного слоя, который представляет собой турбулентный плотный слой или фазу. Предпочтительные условия, например температуры и давления, также оказываются эффективными для превращения псевдоожижающей среды (которая в предпочтительном варианте включает исходный материал) в газообразный продукт. Газообразный продукт выходит из плотной фазы (псевдоожиженного слоя) и образует разбавленную фазу, которая выступает с поверхности плотной фазы в верхнюю часть разделительной зоны. Разделительная зона приспособлена для отделения уносимого катализатора от газообразного продукта в разбавленной фазе и возврата уносимого катализатора в реакционную зону.
Если реактор с псевдоожиженным слоем включает регенератор катализатора, тогда реакционную зону называют регенерационной зоной. В этом варианте контактирование в псевдоожиженном слое эффективно, по меньшей мере, для частичного регенерирования, по меньшей мере, частично закоксованного катализатора и получения регенерированного катализатора. Регенерированный катализатор может быть регенерирован полностью или частично. Согласно этому объекту псевдоожижающая среда в предпочтительном варианте включает регенерационную среду, подробно описанную ниже, которая благодаря сжиганию превращает углеродистые отложения (кокс) на каталитических частицах в различные газообразные продукты процесса регенерирования. Таким образом, продукт в процессе регенерирования катализатора включает различные газообразные продукты процесса регенерирования, такие как водяной пар, моноксид углерода и диоксид углерода. Эти газообразные продукты, необязательно с уносимым катализатором и/или непрореагировавшей регенерационной средой, выходят из плотной фазы и образуют разбавленную фазу, которая выступает с поверхности плотной фазы в верхнюю часть разделительной зоны. Разделительная зона приспособлена для отделения уносимого катализатора от газообразных компонентов в разбавленной фазе и возврата уносимого катализатора в регенерационную зону. В конечном
- 7 013380 счете газообразные продукты процесса регенерирования выходят из разделительной зоны в виде отходящего газа.
В одном варианте приведенная скорость каталитических частиц в разделительной зоне ниже, чем в обычных реакторах с псевдоожиженным слоем. Используемое в настоящем описании понятие приведенная скорость означает среднюю скорость газа во всем открытом поперечном сечении сосуда в указанной вертикальной проекции. При проведении процесса при пониженных значениях приведенной скорости в разделительной зоне инерция каждой соответствующей каталитической частицы в разделительной зоне обычно соответственно ниже, чем в обычных реакторах с псевдоожиженным слоем. Уменьшения потери уносимого катализатора добиваются, когда уменьшают приведенную скорость, поскольку уносу продолжают подвергаться только те твердые частицы, конечные скорости которых равны или меньше приведенной скорости газа. Частицы, обладающие конечными скоростями больше приведенной скорости газа, обычно проявляют тенденцию к падению назад в реакционную зону. Конечная скорость частицы является функцией разницы плотностей у частицы и псевдоожижающей среды и квадрата диаметра частиц.
В предпочтительном варианте реакторы с псевдоожиженным слоем по настоящему изобретению обладают некоторыми конструктивными параметрами и/или работают в определенных рабочих условиях, которые упрощают псевдоожижение каталитических частиц, характеризующихся низким содержанием мелочи, одновременно с тем обеспечивая также необходимые характеристики потока в разделительной зоне для уменьшения потери уносимого катализатора.
В предпочтительном варианте реактор с псевдоожиженным слоем включает реакционную зону, в которую направляют псевдоожижающую среду и катализатор. Реакционная зона обладает первым нижним концом, первым верхним концом и первой основной дистанцией между ними. Реактор с псевдоожиженным слоем также включает разделительную зону, предусмотренную для отделения уносимого катализатора от газообразных компонентов, например продуктов реакции или процесса регенерирования, протекающего в реакторе с псевдоожиженным слоем, и возврата уносимого катализатора в реакционную зону. Разделительная зона обладает вторым нижним концом, вторым верхним концом и второй основной дистанцией между ними. Разделительная зона включает ворончатый участок, смежный со вторым нижним концом разделительной зоны, и этот второй нижний конец сообщается с возможностью прохождения текучей среды с первым верхним концом. Если реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой регенератор катализатора, то этот реактор с псевдоожиженным слоем также включает возвратное средство для катализатора, по которому регенерированный катализатор можно направлять из реакционной (регенерационной) зоны, из которой регенерированный катализатор можно направлять в реактор. В соответствии с одним вариантом значение отношения второй основной длины к первой основной длине превышает 1,0, 1,25, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0 или 5,0. В тех случаях, когда в настоящем описании указано, эти соотношения представлены с исключением ворончатого участка. Если не указаны, тогда эти соотношения представлены в включением ворончатого участка, который, по-видимому, учитывают во второй основной дистанцией. Необходимые характеристики псевдоожижения могут быть достигнуты при одновременном сведении к минимуму потери уносимого катализатора созданием реактора с каталитическим псевдоожиженным слоем, обладающего этими характеристиками.
Разделительная зона необязательно включает ворончатый участок и верхний разделительный участок. Ворончатый участок включает узкий конец и широкий конец, и площадь поперечного сечения от узкого конца к широкому концу увеличивается. Узкий конец сориентирован в направлении ближнего конца ворончатого участка, в то время как широкий конец сориентирован в зону, смежную с периферическим концом ворончатого участка. Широкий конец ворончатого участка смежен с верхним разделительным участком и сообщается с ним с возможностью прохождения текучей среды. Узкий конец сориентирован в зону, смежную с реакционной зоной, и сообщается с ней с возможностью прохождения текучей среды. Увеличение площади поперечного сечения на ворончатом участке предусмотрено с целью уменьшить приведенную скорость уносимого катализатора, когда катализатор проходит из узкого конца к широкому концу ворончатого участка. В предпочтительном варианте верхний разделительный участок выполняют из полого цилиндра, например из трубного элемента, обладающего однородной или по существу однородной площадью поперечного сечения, с достижением одинаковых характеристик приведенной скорости для содержащегося в нем уносимого катализатора.
Реакционная зона необязательно обладает первым средним диаметром, а разделительная зона обладает вторым средним диаметром. Значение отношения второго среднего диаметра к первому среднему диаметру составляет по меньшей мере примерно 1,1, по меньшей мере 1,4, 1,7, 2,0, 2,3, 2,6 или 2,9. В тех случаях, когда в настоящем описании представлено, эти соотношения указаны с исключением ворончатого участка. Если не представлено, тогда эти соотношения указаны с включением ворончатого участка, который обычно учитывают при определении второго среднего диаметра.
Что касается площадей поперечного сечения, то реакционная зона обладает первой средней площадью поперечного сечения, разделительная зона обладает второй средней площадью поперечного сечения, а значение отношения второй средней площади поперечного сечения к первой средней площади поперечного сечения необязательно составляет по меньшей мере 1,2, по меньшей мере 2,0, 3,0, 4,0, 5,3, 6,8
- 8 013380 или 8,5. Когда они в настоящем описании представлены, эти соотношения указаны с исключением ворончатого участка. Если не представлены, тогда эти соотношения указаны с включением ворончатого участка, который обычно учитывают при определении второй средней площади поперечного сечения.
Каталитические частицы необязательно характеризуются первой приведенной скоростью в реакционной зоне и второй приведенной скоростью в разделительной зоне. Согласно этому объекту значение отношения первой приведенной скорости ко второй приведенной скорости необязательно составляет по меньшей мере 1,2, по меньшей мере 2,0, 3,0, 4,0, 5,3, 6,8 или 8,5. Когда они представлены в настоящем описании, эти соотношения указаны с исключением приведенной скорости в ворончатом участке, если имеется. Если не представлены, тогда эти соотношения указаны с включением приведенной скорости в ворончатом участке, которую обычно учитывают при определении второй приведенной скорости. Вторая приведенная скорость необязательно меньше примерно 1,0 м/с, меньше 0,5, 0,25 или 0,1 м/с. Если они представлены, то эти значения скорости указаны с исключением приведенной скорости на ворончатом участке.
В соответствии с настоящим изобретением популяция каталитических частиц обладает низким содержанием мелочи. Эти каталитические частицы проявляют необходимые характеристики псевдоожижения благодаря контактированию с одной или несколькими отбойными перегородками в псевдоожиженном слое. Таким образом, в предпочтительном варианте реактор с псевдоожиженным слоем включает один или несколько препятствующих элементов, например отбойные перегородки, создающие препятствие движению уносимого катализатора вверх в плотной фазе (псевдоожиженный слой) и/или разбавленной фазе. Препятствующие элементы в разбавленной фазе выполняют задачу уменьшить потерю уносимого катализатора. В предпочтительном варианте препятствующий элемент расположен в плотной фазе. Используемые в настоящем описании понятия плотная фаза и псевдоожиженный слой являются по отношении друг к другу синонимами, и их используют как взаимозаменяемые.
Размещением препятствующего элемента в плотной фазе может быть эффективно уменьшен размер пузырьков газообразных компонентов в плотной фазе, что является особенно благоприятным для популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием мелочи. Препятствующий элемент может быть также размещен в положении, в котором он разрушает более крупные пузырьки. В результате могут быть уменьшены инертность и унос катализатора. В одном варианте множество частиц направляют в фазе плотного слоя по извилистой траектории вокруг по меньшей мере одного препятствующего элемента. В предпочтительном варианте катализатор направляют таким образом, чтобы внутри плотного слоя происходило колебание давления не больше 1,0 дюйма водяного столба. В более предпочтительном варианте катализатор направляют таким образом, чтобы внутри плотного слоя происходило колебание давления не больше 0,9 дюйма водяного столба, а наиболее предпочтительно не больше 0,9 дюйма водяного столба.
Дополнительно или по другому варианту препятствующий элемент может быть размещен в одной или нескольких реакционных зонах выше поверхности плотной фазы и/или в разделительной зоне (например, на ворончатом участке и/или на верхнем разделительном участке). Если реактор с псевдоожиженным слоем включает множество слоев препятствующих элементов, размещенных продольно относительно друг друга, тогда каждый слой в идеальном случае расположен со смещением относительно смежного с ним слоя препятствующих элементов. Под понятием размещен со смещением подразумевают, что один слой сдвинут поперечно относительно продольно смежного с ним слоя. На фиг. 2А, например, проиллюстрирован реактор с псевдоожиженным слоем, обладающий в разделительной зоне двумя слоями полутрубных элементов. Эти слои смещают относительно друг друга с целью дополнительно уменьшить потерю уносимого катализатора. В реакционной зоне проиллюстрирован третий слой полусферических препятствующих элементов. Однако реакционная зона может также включать множество слоев, которые в предпочтительном варианте смещены относительно одного или нескольких смежных с ними слоев.
В соответствии с настоящим изобретением могут быть предусмотрены разнообразные препятствующие элементы. Некоторые возможные препятствующие элементы проиллюстрированы на фиг. 2А2Д. В предпочтительном варианте препятствующий элемент включает один или несколько поперечно проходящих полутрубных элементов 201, как показано на фиг. 2А. Предпочтительные полутрубные элементы 201 включают обращенную в ближнюю сторону вогнутую сторону 202 и обращенную к периферии выпуклую сторону 203. Полутрубный элемент 201 может быть выполнен из одной или нескольких линейных поперечно проходящих структур, как это продемонстрировано на примере линейного полутрубного элемента 204, который необязательно включает одно или несколько предусмотренных в нем отверстий 205 для содействия истечению через них газообразных компонентов. В другом варианте препятствующий элемент включает один или несколько полусферических элементов 206, каждый из которых также в предпочтительном варианте включает обращенную в ближнюю сторону вогнутую сторону и обращенную к периферии выпуклую сторону. В другом варианте полутрубный элемент образует кольцо 200, которое также включает обращенную в ближнюю сторону вогнутую сторону и обращенную к периферии выпуклую сторону.
В другом варианте препятствующий элемент включает одну или несколько поперечно проходящих
- 9 013380 структур 207 в форме перевернутой литеры V, как показано на фиг. 2Б. Каждая структура 207 в форме перевернутой литеры V в предпочтительном варианте включает обращенную к периферии вершину 209 для отклонения движущегося вблизи катализатора назад в реакционную зону. Структура 207 в форме перевернутой литеры V необязательно сформирована из двух по существу плоских поверхностей, как это продемонстрировано на примере V структуры 210. В форме перевернутой литеры V структура необязательно включает одно или несколько предусмотренных в ней отверстий (не показанных), аналогичных отверстиям 205 на фиг. 2А. Эти отверстия упрощают истечение через них газообразных компонентов. В другом варианте препятствующий элемент включает один или несколько конических элементов 211 или пирамидальных элементов (например, обладающих треугольной, квадратной, прямоугольной, пятиугольной или другой геометрической формой основания). У такого препятствующего элемента необязательно отсутствует поперечно проходящее основание. В другом варианте структура в форме перевернутой литеры V образует кольцо 212, которое также включает обращенную к периферии вершину 213.
На фиг. 2В проиллюстрирован другой вариант выполнения настоящего изобретения, в котором препятствующий элемент включает один или несколько поперечно проходящих трубных элементов 214. Каждый трубный элемент 214, по существу, включает закругленную поверхность для отклонения движущегося вблизи катализатора назад в реакционную зону. Трубный элемент 214 необязательно включает одно или несколько предусмотренных в нем отверстий (не показанных), аналогичных отверстиям 205 на фиг. 2А, которые упрощают истечение через них газообразных компонентов. В другом варианте препятствующий элемент включает один или несколько сферических элементов 215. В еще одном варианте препятствующий элемент включает трубчатое кольцо 216.
В другом варианте препятствующий элемент обладает одной или несколькими поперечно проходящими плоскими поверхностями 217, как показано на фиг. 2Г. Каждая плоская поверхность 217 в предпочтительном варианте обладает обращенной в ближнюю сторону основной плоской поверхностью и обращенной к периферии основной плоской поверхностью. Конфигурация поперечно проходящих плоских поверхностей 217 необязательно определяет круглую 218, треугольную, четырехугольную, квадратную, прямоугольную 219 или любую другую двухмерную геометрическую конфигурацию. Каждая поперечно проходящая плоская поверхность 217 необязательно включает одно или несколько предусмотренных в ней отверстий (не показанных), аналогичных отверстиям 205 на фиг. 2А. В другом варианте препятствующий элемент включает плоское кольцо 220, снабженное предусмотренным в нем отверстием.
В другом варианте препятствующий элемент включает один или несколько решетчатых элементов 221, как показано на фиг. 2Д. В этом варианте один или несколько предпочтительных решетчатых элементов 221 перекрывают всю площадь поперечного сечения участка или зоны, в которой расположен один или несколько решетчатых элементов 221.
Благодаря внедрению одной или нескольких особенностей настоящего изобретения, в дополнение к улучшению характеристик псевдоожижения, достигаемая степень потери уносимого катализатора может быть ниже, чем в обычных реакционных системах с псевдоожиженным слоем. В одном варианте степень потери катализатора составляет меньше 0,146, меньше 0,073 или меньше 0,0365 г теряемого катализатора на килограмм газа, подаваемого в реактор с псевдоожиженным слоем.
IV. Процессы регенерирования катализатора.
Как указано выше, изобретение относится к псевдоожижению каталитических частиц в реакторе с псевдоожиженным слоем. В предпочтительном варианте реактор с псевдоожиженным слоем включает регенератор катализатора, как обсуждалось выше. Этот процесс регенерирования катализатора далее описан более подробно.
Во время каталитического превращения углеводородов в различные продукты, например каталитического превращения оксигенатов в легкие олефины (процесс ОвО), на катализаторе, используемом для содействия реакции превращения, аккумулируются углеродистые отложения. На определенном этапе накопление этих углеродистых отложений приводит к снижению способности катализатора к эффективной работе. Так, например, в процессе ОвО чрезмерно закоксованный катализатор не в состоянии легко превращать оксигенатный исходный материал в легкие олефины. На этом этапе катализатор оказывается частично дезактивированным. Когда катализатор далее не может превращать углеводород в целевой продукт, катализатор считают полностью дезактивированным. По меньшей мере часть углеродистых отложений, по меньшей мере, из частично закоксованной каталитической композиции эффективно удаляет регенератор катализатора по настоящему изобретению с получением регенерированной каталитической композиции, обладающей повышенной каталитической активностью в сравнении, по меньшей мере, с частично закоксованной каталитической композицией.
В регенерационной системе катализатор отводят из аппарата для превращения углеводородов (АПУ), например из реактора или реакционной установки, и направляют в регенератор катализатора. В предпочтительном варианте АПУ включает реактор ОвО, а наиболее предпочтителен реактор превращения метанола в олефин (МвО). В регенераторе катализатора этот последний частично, если не полностью, регенерируют. Под понятием регенерирование подразумевают, что из катализатора, по меньшей
- 10 013380 мере, частично удаляют углеродистые отложения. В целесообразном варианте катализатор, отводимый из АПУ, по меньшей мере, частично закоксован и, таким образом, по меньшей мере, частично дезактивирован. Остающаяся в АПУ часть катализатора циркулирует в АПУ без регенерирования. Затем регенерированный катализатор после охлаждения или без него возвращают в АПУ.
В целесообразном варианте часть катализатора, включающего молекулярное сито и все другие материалы, такие как матричные материалы, связующие вещества, наполнители и т. д., удаляют из АПУ для регенерирования и возврата назад в АПУ в степени (масса катализатора/ч) от примерно 0,05 до примерно 1 крата, более целесообразно от примерно 0,1 до примерно 0,5 крата, а наиболее целесообразно от примерно 0,1 до примерно 0,3 крата, от общей скорости подачи (масса оксигената/ч) оксигенатов в АПУ. Эти значения имеют отношение к составленной каталитической композиции на основе молекулярного сита, включающей нереакционноспособные твердые частицы.
В целесообразном варианте регенерирование катализатора проводят в регенераторе катализатора в присутствии регенерационной среды, как правило газа, включающего молекулярный кислород или другие окислители. Примеры других окислителей включают, но ими нет необходимости ограничиваться, синглетный О2, О3, 8Ο3, Ν2Ο, N0, ΝΟ2, Ν2Ο5 и их смеси. Особенно целесообразными регенерационными средами являются воздух и воздух, разбавленный азотом или СО2. Для того чтобы свести к минимуму перегрев или возникновение горячих точек в регенераторе катализатора концентрация кислорода в воздухе может быть понижена до целевого уровня. Катализатор может быть также регенерирован восстановительным путем водородом, смесями водорода и моноксида углерода или другими приемлемыми газообразными восстановителями.
Катализатор может быть регенерирован с применением любого ряда методов и проведением таких процессов, как периодические, непрерывные, полунепрерывные и их сочетания. Целесообразный метод представляет собой метод непрерывного регенерирования катализатора. В целесообразном варианте катализатор регенерируют до остаточного содержания кокса от примерно 0,01 до примерно 15 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,01 до примерно 5 мас.%, в пересчете на общую массу регенерированной каталитической композиции.
Температура регенерирования катализатора должна составлять от примерно 250 до примерно 750°С и необязательно от примерно 500 до примерно 700°С. В предпочтительном варианте контактирование закоксованного катализатора с регенерационной средой в регенерационной зоне проводят при температуре по меньшей мере примерно 538°С, по меньшей мере 649°С или по меньшей мере 710°С. Поскольку реакция регенерирования в предпочтительном варианте протекает при значительно более высокой температуре, чем реакция превращения ОвО, в частности выше на величину от примерно 93 до примерно 150°С, по меньшей мере часть регенерированного катализатора необходимо охладить до более низкого уровня, чем температура перед его направлением назад в АПУ. Для отвода тепла регенерированного катализатора после его удаления из регенератора катализатора необязательно используют один или несколько охладителей катализатора, предпочтительно размещенных снаружи регенератора катализатора. Когда регенерированный катализатор охлаждают, его необязательно охлаждают до температуры, которая от примерно на 70°С выше до примерно на 80°С ниже температуры катализатора, отводимого из АПУ. Далее этот охлажденный катализатор возвращают в любую определенную часть АПУ, регенератор катализатора или в оба устройства. Когда регенерированный катализатор из регенератора катализатора возвращают в АПУ, он может быть возвращен в любую часть АПУ. Так, например, катализатор может быть возвращен к месту хранения катализатора для ожидания контактирования с исходным материалом, разделительную зону для контактирования с продуктами в исходном материале или с применением их сочетания.
В идеальном случае регенерирование происходит в регенераторе катализатора под манометрическим давлением от примерно 5 фунтов/кв.дюйм (34,5 кПа) до примерно 50 фунтов/кв.дюйм (345 кПа), предпочтительно от примерно 15 фунтов/кв.дюйм (103 кПа) до примерно 40 фунтов/кв.дюйм (276 кПа), а наиболее предпочтительно от примерно 20 фунтов/кв.дюйм (138 кПа) до примерно 30 фунтов/кв.дюйм (207 кПа). Точное давление регенерирования диктуется давлением в АПУ. Более высокие давления обычно предпочтительны для уменьшения размера оборудования и запаса катализатора, однако более высокие давления повышают расход энергии при работе воздуходувок и затраты.
В целесообразном варианте регенерирование катализатора проводят после того, как, по меньшей мере, частично дезактивированный катализатор отделяют от большей части легко удаляемых органических материалов (органических веществ), например внедренных углеводородов, в отпарной секции или отпарной камере. Эта отпарка может быть достигнута пропусканием отпарной среды, например отпарного газа, над отработавшим катализатором при повышенной температуре. Газы, приемлемые для отпарки, включают водяной пар, азот, гелий, аргон, метан, СО2, СО, водород и их смеси. Предпочтительным газом является водяной пар. Среднечасовая скорость подачи газа (ССПГ) (отпарного газа) в пересчете на объем газа к объему катализатора и кокса составляет от примерно 0,1 до примерно 20000 ч-1. Приемлемые температуры отпарки составляют от примерно 250 до примерно 750°С, а целесообразно от примерно 400 до примерно 600°С. Приемлемые манометрические давления отпарки составляют от примерно 5 фунтов/кв.дюйм (34,5 кПа) до примерно 50 фунтов/кв.дюйм (344 кПа), более предпочтительно от примерно
- 11 013380 фунтов/кв.дюйм (69,0 кПа) до примерно 30 фунтов/кв.дюйм (207 кПа), а наиболее предпочтительно от примерно 20 фунтов/кв.дюйм (138 кПа) до примерно 25 фунтов/кв.дюйм (172 кПа). Давление отпарки в значительной мере зависит от давления в АПУ и в регенераторе катализатора.
Регенератор катализатора в предпочтительном варианте включает регенерационную зону и разделительную зону. В регенерационной зоне по меньшей мере частично закоксованный катализатор входит в контакт с регенерационной средой, предпочтительно в виде турбулентного плотного слоя или фазы, в условиях, например температуры и давления, эффективных для, по меньшей мере, частичного регенерирования по меньшей мере частично закоксованного катализатора. Конкретно в предпочтительном варианте эти условия оказываются эффективными для превращения, по меньшей мере, частично закоксованного катализатора и регенерационной среды в регенерированный катализатор и газообразные побочные продукты процесса регенерирования. Регенерированный катализатор может быть регенерирован полностью или частично. Газообразные побочные продукты, необязательно с уносимым катализатором и/или непрореагировавшей регенерационной средой, выходят из плотной фазы и образуют разбавленную фазу, которая выступает с поверхности плотной фазы в верхнюю часть разделительной зоны. Разделительная зона приспособлена для отделения уносимого катализатора от газообразных компонентов в разбавленной фазе и возврата уносимого катализатора в регенерационную зону.
Плотность плотной фазы обычно зависит от плотности твердых частиц и расхода газа на единицу сечения потока. В предпочтительном варианте плотность плотной фазы обычно находится в интервале от примерно 10 фунтов/фут3 (160,2 кг/м3) до примерно 50 фунтов/фут3 (800,9 кг/м3), предпочтительно от примерно 15 фунтов/фут3 (240,3 кг/м3) до примерно 35 фунтов/фут3 (560,6 кг/м3), а наиболее предпочтительно от примерно 20 фунтов/фут3 (320,4 кг/м3) до примерно 30 фунтов/фут3 (480,6 кг/м3). Приведенная скорость в плотной фазе необязательно составляет не больше 5 футов/с (1,5 м/с), не больше 4 футов/с (1,22 м/с), не больше 2 футов/с (0,61 м/с), не больше 1 фута/с (0,30 м/с) или не больше 0,5 фута/с (0,15 м/с). Значения скорости, намного превышающие 4 фута/с (1,22 м/с), обычно приводят к переходу из турбулентного плотного слоя в циркулирующий быстрый псевдоожиженный слой. Что касается нижних границ интервала, то приведенная скорость плотной фазы необязательно составляет по меньшей мере 0,1 фута/с (0,03 м/с), по меньшей мере 0,25 фута/с (0,08 м/с), по меньшей мере 0,5 фута/с (0,15 м/с) или по меньшей мере 0,75 фута/с (0,23 м/с). Однако в предпочтительном варианте приведенная скорость в плотной фазе находится в интервале от 1,5 фута/с (0,46 м/с) до 4,5 фута/с (1,37 м/с), от 2,0 фута/с (0,61 м/с) до 4,0 фута/с (1,22 м/с) или от 2,5 фута/с (0,76 м/с) до 3,5 фута/с (1,07 м/с).
Регенерационная зона включает одно или несколько впускных приспособлений для катализатора для приема, по меньшей мере, частично закоксованного катализатора из аппарата для превращения углеводородов (АПУ), как правило из реактора или реакционной установки. В одном варианте по меньшей мере частично закоксованный катализатор транспортируют по патрубку подачи катализатора, например в трубном элементе, из АПУ или промежуточного сосуда, например отделителя катализатора, в регенератор. В предпочтительном варианте в патрубке подачи катализатора этот последний входит в контакт с псевдоожижающим агентом в условиях, эффективных для псевдоожижения содержащегося в нем катализатора. Неограничивающий перечень иллюстративных примеров псевдоожижающих агентов включает: водяной пар, природный газ, азот, аргон, диоксид углерода и аналогичные инертные газы. Патрубок подачи катализатора принимает по меньшей мере частично закоксованный катализатор из АПУ или из промежуточногоь устройства, такого как отделитель катализатора, и его направляет в регенератор катализатора. Таким образом, патрубок подачи катализатора включает первый конец, сообщающийся с возможностью прохождения текучей среды с АПУ или промежуточным устройством, и второй конец, сообщающийся с возможностью прохождения текучей среды с регенерационной зоной.
В предпочтительном варианте патрубок подачи катализатора входит в регенерационную зону регенератора катализатора и выгружает, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор в регенерационную зону для удаления углеродистых отложений. Патрубок подачи катализатора необязательно обладает несколькими вторыми концами для равномерного распределения в регенерационной зоне по меньшей мере частично закоксованного катализатора. В одном предпочтительном варианте второй конец выступает в регенерационную зону, предпочтительно продольно относительно регенератора катализатора, и проходит через поперечно проходящую распределительную решетку, описанную ниже. В этом варианте второй конец выгружает, по меньшей мере, частично закоксованную каталитическую композицию в регенерационную зону в положении выше распределительной решетки. Основная часть процесса регенерирования в предпочтительном варианте протекает в плотной фазе регенерационной зоны. Плотная фаза необязательно составляет от примерно 2 до примерно 45 об.%, предпочтительно от примерно 20 до примерно 35%, регенерационной зоны в пересчете на общий объем регенерационной зоны. В пересчете на массу плотная фаза в предпочтительном варианте включает от примерно 45 до примерно 98%, необязательно от примерно 85 до примерно 95%, катализатора в регенерационной зоне.
Используемое в настоящем описании понятие продольный служит для обозначения прохождения в направлении, перпендикулярном поверхности земли, например вертикальном, а понятие поперечный служит для обозначения прохождения в направлении, параллельном поверхности земли, например горизонтальном. Ближним концом объекта является часть объекта, которая находится ближе всего к по
- 12 013380 верхности земли. Периферическим концом объекта является часть объекта, которая находится на наибольшем удалении от поверхности земли. Таким образом, понятие обращение в ближнюю сторону служит для обозначения обращения в продольном направлении к ближнему концу.
Регенерационная зона также в предпочтительном варианте включает один или несколько впускных приспособлений для регенерационной среды для приема регенерационной среды, предпочтительно воздуха, молекулярного кислорода или их смеси. Регенерационную среду от источника регенерационной среды, такого как сосуд для содержания регенерационной среды под давлением, в котором хранят регенерационную среду, в один или несколько впускных приспособлений для регенерационной среды переносит один или несколько патрубков для регенерационной среды. В одном варианте регенерационную среду в регенерационную зону вводит одно или несколько сопел. В предпочтительном варианте регенерационную среду вводят в регенератор катализатора при расходе от примерно 50 до примерно 500 куб.футов при нормальных условиях/фунт сожженного кокса (н.куб.футов/фунт сожженного кокса) (от примерно 3,1 до примерно 31,2 куб.м при нормальных условиях (н.куб.м)/кг сожженного кокса), более предпочтительно от примерно 150 до примерно 400 н.куб.футов/фунт сожженного кокса (от примерно 9,4 до примерно 25,0 н.куб.м)/кг сожженного кокса), а наиболее предпочтительно от примерно 200 до примерно 350 н.куб.футов/фунт сожженного кокса (от примерно 12,5 до примерно 21,9 н.куб.м)/кг сожженного кокса).
Если приведенная скорость регенерационной среды, поступающей в регенератор катализатора, высока, большую часть регенерационной среды и газообразных побочных продуктов, полученных из процесса регенерирования, обычно объединяют и направляют через плотную фазу в форме пузырьков. Эти пузырьки в фазе суспендированных твердых частиц поднимаются и на поверхности плотной фазы лопаются. Этот эффект разрушения пузырьков вбрасывает в разбавленную фазу большие количества порошкообразных твердых частиц. Крупнозернистые частицы проявляют тенденцию легко опускаться назад в плотный слой. Таким образом, плотность твердых частиц разбавленной фазы с увеличением высоты уменьшается сразу же выше поверхности плотной фазы, как показано на фиг. 3, на которой представлен график зависимости уноса катализатора от высоты выше поверхности плотной фазы. Однако по достижении определенной высоты дальнейшее увеличение высоты оказывает незначительное влияние на плотность твердых частиц разбавленной фазы. Уровень в разбавленной фазе, при котором унос твердых частиц остается, по существу, постоянным независимо от дальнейшего увеличения высоты, в настоящем описании называют высотой освобождения от уноса (ВОУ). Уменьшенное влияние увеличения высоты регенератора при превышении ВОУ также проиллюстрировано на фиг. 3, где уменьшение уноса катализатора приближается к минимальному показателю уноса (как это продемонстрировано, приблизительно 0,41 фунта/фут3 для базового диаметра и 0,125 фунтов/фут3 для базового диаметра х 1,5) независимо от увеличения высоты при превышении ВОУ.
В соответствии с одним объектом настоящего изобретения расстояние между поверхностью плотной фазы и впускным приспособлением разделительной установки, например впускным приспособлением циклона, превышает ВОУ. Однако увеличение диаметра разделительной зоны дополнительно уменьшает унос катализатора из-за уменьшения приведенной скорости до уровня ниже конечной скорости некоторого количества уносимого катализатора.
В другом варианте перед ее введением в регенерационную зону регенерационную среду выпускают в распределительную зону. Распределительная зона представляет собой зону, которая в предпочтительном варианте находится ниже регенерационной зоны и в которую вначале выпускают регенерационную среду перед ее введением в регенерационную зону. Распределительную зону от регенерационной зоны отделяет средство распределения, обладающее одним или несколькими отверстиями (предпочтительно множеством отверстий), также называемое в настоящем описании распределительной решеткой. В этом варианте одно или несколько отверстий выполняют функции одного или нескольких впускных приспособлений для регенерационной среды, равномерно распределяющих регенерационную среду в регенерационной зоне. У распределительной решетки необязательно имеются две находящихся друг перед другом основные плоские поверхности, и между этими двумя противоположными плоскими поверхностями предусмотрены отверстия. В одном варианте распределительная решетка включает трубный решетчатый распределитель, хорошо известный специалистам в данной области техники. Когда благодаря притоку новой регенерационной среды из одного или нескольких впускных приспособлений для регенерационной среды давление регенерационной среды внутри распределительной зоны увеличивается, регенерационная среда проходит через отверстия в распределительной решетке и поступает в регенерационную зону. В этом варианте для того чтобы предотвратить противоток катализатора в распределительную зону, скорость подачи регенерационной среды в распределительную зону должна быть достаточно высокой. Распределительная зона и распределительная решетка обеспечивают возможность распределять регенерационную среду в регенерационной зоне и, таким образом, обеспечивают однородные характеристики регенерирования катализатора в регенераторе катализатора. Распределительная зона и распределительная решетка обеспечивают дополнительное преимущество достижения обсуждаемой ниже низкой приведенной скорости в регенерационной зоне, а также в разделительной зоне.
В предпочтительном варианте газообразные побочные продукты из процесса регенерирования не
- 13 013380 обязательно с непрореагировавшей регенерационной средой (в собирательном смысле газообразные компоненты) движутся из регенерационной зоны в разделительную зону для удаления из регенератора катализатора. Благодаря их малой массе, небольшому объему и соответственно высоким отношениям площади поверхности к массе некоторые каталитические частицы, в особенности каталитическая мелочь, могут подвергаться уносу этими газообразными компонентами и нежелательному попаданию в разделительную зону. В разделительной зоне первое количество уносимых каталитических частиц эффективно падает назад в регенерационную зону, и их в конечном счете повторно направляют назад в АПУ. Разделительная зона также необязательно содержит одно или несколько разделительных устройств, таких как циклонные сепараторы, фильтры, решетки, отражательные устройства, пластины и конусы, которые упрощают отделение уносимого катализатора от газообразных компонентов в разделительной зоне. Разделительная зона необязательно включает приемный кожух и приемный объем для сбора газообразных компонентов из одного или нескольких разделительных устройств. Приемный кожух сообщается с возможностью прохождения текучей среды с выпускным приспособлением для отходящего потока, и газообразные компоненты в предпочтительном варианте выпускают из разделительной зоны через выпускное приспособление для отходящего потока в разделительной зоне в виде отходящего потока. В соответствии с одним объектом настоящего изобретения количество уносимого катализатора, который выходит из разделительной зоны через выпускное приспособление для отходящего потока с газообразными компонентами, сводят к минимальному.
На фиг. 1 в частичном продольном разрезе представлено изображение предпочтительного реактора с псевдоожиженным слоем в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано, реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой регенератор катализатора, обозначенный общей позицией 100, хотя описанные особенности регенератора 100 катализатора можно было бы также использовать в нерегенераторных реакторах с псевдоожиженным слоем.
Регенератор катализатора включает патрубок 109 подачи катализатора, средство 110 возврата катализатора, один или несколько впускных приспособлений 111 для регенерационной среды, один или несколько патрубков 124 подачи регенерационной среды, выпускное приспособление 112 для отходящего потока и кожух 101. Проиллюстрированный регенератор катализатора является, разумеется, чисто иллюстративным примером, и замену патрубков 124 подачи регенерационной среды, патрубка 109 подачи катализатора, средства 110 возврата катализатора или других компонентов регенератора катализатора можно, в зависимости от конструкционных предпочтений, варьировать широко. Кожух 101 включает внутреннюю поверхность 102 и внешнюю поверхность 103 и определяет регенерационную зону 104, в которой, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор входит в контакт с регенерационной средой в условиях, эффективных, по меньшей мере, для частичного регенерирования закоксованного катализатора. Кожух 101 также определяет разделительную зону 105, в которой газообразные компоненты отделяют от уносимого катализатора. Кожух 101 также определяет верхнюю крышку 116 регенератора и нижнюю крышку 117 регенератора. Регенератор в предпочтительном варианте представляет собой сосуд с холодной стенкой, что означает наличие внутренней изолирующей плакировки из огнеупорного материала (не показанного), который изолирует кожух 101. В результате нет необходимости в том, чтобы кожух 101 был выполнен из материала, способного выдерживать экстремальные температуры, необходимые для эффективного регенерирования катализатора. Однако разделительные устройства 123, распределительная решетка 118 и препятствующие элементы 134 должны быть выполнены из легированной стали, например 304Н 88, способной выдерживать высокие температуры, необходимые для регенерирования катализатора.
Регенерационная зона 104 включает первый нижний конец 113 и первый верхний конец 114. Первый верхний конец 114 регенерационной зоны 104 находится на периферии относительно первого нижнего конца 113 и смежен с разделительной зоной 105. Как показано, первый нижний конец 113 регенерационной зоны 104 определяется обращенной к периферии поверхностью распределительной решетки 118. В вариантах, в которых отсутствует необязательная распределительная решетка 118, первый нижний конец 113 регенерационной зоны 104 необязательно смежен с внутренней поверхностью нижней стенки 117 регенератора. Другими словами, внутренняя поверхность нижней стенки 117 регенератора необязательно определяет первый нижний конец 113 регенерационной зоны 104. В предпочтительном варианте регенерационная зона 104 выполнена в виде полого цилиндра, например трубного элемента, определяющего постоянную или по существу постоянную площадь поперечного сечения полого элемента по всей его длине, хотя поперечное сечение регенерационной зоны 104 может обладать любой из множества конфигураций, таких как круг, овал, квадрат, шестиугольник и т.д. Однако создание регенерационной зоны 104, обладающей постоянной площадью поперечного сечения по всей ее длине, позволяет добиваться целесообразных однообразных параметров регенерирования катализатора, например приведенной скорости.
Регенератор катализатора по настоящему изобретению также в предпочтительном варианте включает препятствующий элемент 134, размещенный выше или ниже, чем поверхность 133 плотной фазы. В предпочтительном варианте (не показанном) препятствующий элемент находится ниже поверхности 133 плотной фазы. Благодаря положению препятствующего элемента внутри плотной фазы 115 обедненная
- 14 013380 мелочью популяция каталитических частиц способна проявлять необходимые характеристики псевдоожижения. Препятствующий элемент 134 предусмотрен для резкой остановки движения уносимого катализатора вверх по инерции и разрушения пузырьков, образующихся в плотной фазе 115. Благодаря улучшению характеристик псевдоожижения обедненной мелочью популяции каталитических частиц препятствующий элемент 134 также упрощает перенос каталитических частиц в стояк, такой как средство 110 возврата катализатора, и в конечном счете назад в АПУ (на показан).
Препятствующий элемент 134 необязательно выполнен в форме пластины, диска, решетки, конического элемента, сетки или пончикового элемента, например в форме элемента (предпочтительно круглого дискового элемента), обладающего находящимися друг против друга основными плоскими поверхностями и одним или несколькими отверстиями, предусмотренными между находящимися друг против друга основными плоскими поверхностями, или любого другого устройства, благодаря препятствующему контактированию способного понижать скорость и, таким образом, инерцию уносимого катализатора. Примеры препятствующих элементов проиллюстрированы на фиг. 2А-Д, обсуждаемых подробно выше. Препятствующий элемент 134 также направляет продукты горения и непрореагировавшую регенерационную среду, если она имеется, в разделительную зону 105 и в конечном счете в выпускное приспособление 112 для отходящего потока. Препятствующий элемент 134 в предпочтительном варианте обладает профилем поперечного сечения, аналогичным профилю регенератора 100 катализатора, смежного с положением препятствующего элемента 134. Так, например, если поперечное сечение регенератора катализатора является круглым по месту препятствующего элемента 134, тогда препятствующий элемент также в предпочтительном варианте обладает круглой внешней конфигурацией, которая может располагать или не располагать проходящими под углом поверхностями для направления каталитических частиц назад в регенерационную зону 104. Конические препятствующие элементы особенно предпочтительны, предпочтительнее не имеющие основания, как показано на фиг. 2Б, где вершина конического препятствующего элемента находится возле его периферического конца для того, чтобы направить уносимые каталитические частицы из разделительной зоны 105 назад в регенерационную зону 104. В предпочтительном варианте предусмотрен один или несколько кронштейнов, не показанных для ясности, для закрепления препятствующего элемента 134 на внутренней поверхности 102 кожуха 101, поддерживающих тем самым препятствующий элемент 134. В предпочтительном варианте угол конического элемента или расположенного под углом другого препятствующего элемента относительно плоскости, параллельной поверхности земли, превышает угол покоя, который в настоящем описании определяют как являющийся естественным углом, который упоминаемое множество частиц образует с горизонтальной поверхностью, когда частицы высыпают на поверхность. В предпочтительном варианте угол конического элемента превышает примерно 30°, более предпочтительно больше примерно 45°, а наиболее предпочтительно больше примерно 60°.
В одном варианте множество препятствующих элементов 134 предусмотрено для создания лабиринта, благодаря чему уносимый катализатор входит в контакт со множеством поверхностей для дополнительного уменьшения его движения по инерции. Этот лабиринт также обеспечивает путь для направления газообразных компонентов в регенератор 100 катализатора, а в конечном счете - в один или несколько разделительных устройств 123 и в патрубок 112 для отходящего потока. Несколько неограничивающих вариантов препятствующих элементов лабиринта проиллюстрировано на фиг. 2А-2Д. С целью предотвратить накопление застойного катализатора на одном или нескольких участках лабиринта предусматривают один или несколько необязательных препятствующих элементов лабиринта, обладающих наклоном вниз (или закругленной кромкой) для направления катализатора назад в регенерационную зону 104, как это продемонстрировано на фиг. 2А-2С. В предпочтительном варианте этот необязательный наклон вниз образует с плоскостью, параллельной поверхности земли, угол, который превышает естественный угол покоя твердых частиц. В предпочтительном варианте угол наклона вниз превышает примерно 30°, более предпочтительно больше примерно 45°, а наиболее предпочтительно больше примерно 60°.
Если не указано иное, то разделительная зона 105 включает ворончатый участок 106 и верхний разделительный участок 120. Однако, когда указание встречается в некоторых частях настоящего описания и в прилагаемой формуле изобретения, понятие разделительная зона не охватывает ворончатый участок 106 и относится к разделительному участку 120.
Ворончатый участок 106 включает узкий конец 107 и широкий конец 108 и увеличивается по площади поперечного сечения от узкого конца 107 к широкому концу 108. Узкий конец 107 находится у ближнего конца ворончатого участка 106, тогда как широкий конец 108 смежен с периферическим концом ворончатого участка 106. На фиг. 1 ворончатый участок 106 находится между пунктирной линией 125 и пунктирной линией 126, которые приведены только для иллюстративных целей. Пунктирная линия 125 отделяет ворончатый участок 106 и регенерационную зону 104, а пунктирная линия 126 отделяет ворончатый участок 106 от верхнего разделительного участка 120. Узкий конец 107 смежен и сообщается с возможностью прохождения текучей среды с первым верхним концом 114 регенерационной зоны 104, а широкий конец 108 смежен и сообщается с возможностью прохождения текучей среды с верхним разделительным участком 120 разделительной зоны 105. Увеличение площади поперечного сечения на
- 15 013380 ворончатом участке 106 предусмотрено с целью уменьшить приведенную скорость уносимого катализатора, когда катализатор проходит из узкого конца 107 к широкому концу 108 ворончатого участка 106.
В предпочтительном варианте верхний разделительный участок 120 выполнен из полого цилиндра, например из трубного элемента, обладающего однородной или по существу однородной площадью поперечного сечения, с достижением однородных характеристик приведенной скорости для содержащегося в нем уносимого катализатора. Верхний разделительный участок 120 включает первый конец 121 и второй конец 122. Первый конец 121 верхнего разделительного участка 120 смежен и сообщается с возможностью прохождения текучей среды с широким концом 108 ворончатого участка 106; второй конец 122 верхнего разделительного участка 120 в предпочтительном варианте поперечно смежен с верхней стенкой 116 регенератора. Если регенератор 100 катализатора включает приемный кожух 127 и приемный объем 128, как показано на фиг. 1 и как это более подробно обсуждается ниже, тогда второй конец 122 верхнего разделительного участка 120 в предпочтительном варианте поперечно смежен с обращенной в ближнюю сторону внешней поверхностью приемного кожуха 127.
Выпускное приспособление 112 для отходящего потока, которое высвобождает регенерационные продукты горения и возможно непрореагировавшую регенерационную среду из регенератора 100 катализатора, очевидно соединяется с верхней частью одного или нескольких разделительных устройств 123. Газовый патрубок 129 очевидно соединяется с приемным кожухом 127. Внутри границ приемного кожуха 127 по месту соединения с верхней стенкой 116 регенератора, определяемого кожухом 101, сформирован приемный объем 128. Для сбора регенерационного продукта горения и возможно непрореагировавшей регенерационной среды, выходящей из газового патрубка 129, и направления этого материала в выпускное приспособление 112 для отходящего потока, которое очевидно соединяется с верхним разделительным участком 120 поблизости от приемного объема 128, предусмотрены приемный кожух 127 и приемный объем 128. Выпускное приспособление 112 для отходящего потока транспортирует регенерационные продукты горения и возможно непрореагировавшую регенерационную среду далеко от регенератора 100 катализатора. Такие приемные конструкции особенно эффективны в вариантах, когда используют несколько разделительных устройств 123, например так, как показано на фиг. 1, где два ряда циклонных сепараторов соединяют с единственным выпускным приспособлением 112 для отходящего потока посредством приемного объема 128. Необязательно все газовые патрубки 129 очевидно соединяются с приемным кожухом 127, а для переноса продуктов горения и возможно непрореагировавшей регенерационной среды далеко от регенератора 100 катализатора предусмотрен единственный патрубок для выхода вторичного продукта, например выпускное приспособление 112 для отходящего потока. Приемный кожух 127 в регенераторе 100 катализатора по настоящему изобретению необязателен, поскольку некоторые разделительные устройства, например некоторые циклонные сепараторы, фильтры, решетки, отражательные устройства, пластины или конусы, функционируют соответствующим образом с прямым удалением газообразных продуктов.
Продольное расстояние между первым нижним концом 113 и первым верхним концом 114 регенерационной зоны 104 определяет первую основную длину α регенерационной зоны 104. Семантически разделительную зону 105 как целое (включая ворончатый участок 106 и верхний разделительный участок 120) в настоящем описании рассматривают как охватывающую второй нижний конец и второй верхний конец. Если в настоящем описании не указано иное, то второй нижний конец представляет собой узкий конец 107 ворончатого участка 106, а второй верхний конец представляет собой второй конец 122 верхнего разделительного участка 120. Продольное расстояние между вторым нижним концом и вторым верхним концом разделительной зоны 105 определяет вторую основную длину β разделительной зоны 105. Другими словами, вторую основную длину β определяют от вершины 130 угла Θ воронки продольно до обращенной в ближнюю сторону внешней поверхности приемного кожуха 127. Если регенератор 100 катализатора не включает приемный кожух, тогда вторую основную длину β определяют от вершины 130 угла воронки до обращенной вперед внутренней поверхности верхней стенки 116 регенератора. В одном варианте выполнения настоящего изобретения значение отношения второй основной длины β к первой основной длине α превышает 1,0, необязательно больше 1,25, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0 или 5,0.
В предпочтительном варианте разделительная зона 105, предпочтительнее ее верхний разделительный участок 120, включает одно или несколько разделительных устройств 123, которые используют для отделения уносимого катализатора от газообразных компонентов в разделительной зоне 105. Разделительные устройства 123 необязательно представляют собой циклонные сепараторы, фильтры, сетки, решетки, отражательные устройства, пластины, конусы или любое другое устройство, которое, повидимому, отделяет уносимый катализатор от газообразных компонентов в разделительной зоне 105. Разделительные устройства 123, показанные на фиг. 1, представляют собой циклонные сепараторы, у каждого из которых имеется впускное приспособление 137 разделительной установки, которое принимает газообразные компоненты и уносимый катализатор из разделительной зоны 105, и длинный выступающий вниз стояк 136 для возврата катализатора, который направляет выделенные каталитические частицы поблизости от впускного приспособления 137 разделительной установки.
Конструкция и работа циклонных сепараторов специалистам в данной области техники известны
- 16 013380 (см., например патент И8 № 5518695, включенный в полном объеме в настоящее описание в качестве ссылки). Во время работы циклонного сепаратора парообразный продукт взаимодействия и непрореагировавшая регенерационная среда, если она имеется, поступают в циклонный сепаратор и выходят через верх посредством газового патрубка 129, в то время как катализатор опускается в низ циклонного сепаратора посредством длинного выступающего вниз стояка 136 для возврата катализатора, выходящего в один или несколько из верхнего разделительного участка 120, ворончатого участка 106 и/или регенерационной зоны 104 (либо выше, либо ниже поверхности 133 плотной фазы).
Как это продемонстрировано, длинные выступающие вниз стояки 136 для возврата катализатора выходят к верхнему разделительному участку 120 и открываются к нему, например сообщаются с возможностью прохождения текучей среды. Однако в других вариантах, не показанных, длинные выступающие вниз стояки 136 для возврата катализатора открываются к одному или нескольким из ворончатого участка 106 и/или регенерационной зоны 104. Один или несколько длинных выступающих вниз стояков 136 для возврата катализатора необязательно открываются к плотной фазе 115 или участку регенерационной зоны 104, который выше плотной фазы 115. В этом варианте (не показанном) один или несколько длинных выступающих вниз стояков 136 для возврата катализатора необязательно проходят через препятствующую пластину 134. Тем не менее в еще одном варианте длинные выступающие вниз стояки 136 для возврата катализатора проходят через кожух 101 и действуют как средство 110 возврата катализатора. Другими словами, один или несколько разделительных устройств 123 необязательно находятся в прямом плотном сочетании с возможностью прохождения текучей среды с АПУ (или с одним или несколькими промежуточными сосудами, например с охладителями катализатора). В других вариантах, не показанных, разделительные устройства размещают снаружи разделительной зоны 105, вне кожуха 101, определяющего разделительную зону 105, или в виде сочетания наружного и внутреннего размещения разделительных зон.
В соответствии с настоящим изобретением угол Θ, называемый в настоящем описании углом воронки, находится в плоскости, перпендикулярной внешней поверхности 103 при вершине 130. Угол воронки является углом между внешней поверхностью 103 ворончатого участка 106 и воображаемой плоскостью, часть которой показана в виде пунктирной линии 139, причем эта плоскость проходит параллельно поверхности земли. Для того чтобы регенератор 100 катализатора обладал ворончатым участком 106, угол воронки должен, разумеется, составлять меньше 90°. Для того чтобы предотвратить накопление застойных каталитических частиц на внутренней поверхности 102 ворончатого участка 106, в предпочтительном варианте угол воронки θ превышает естественный угол покоя твердых частиц. В предпочтительном варианте угол воронки превышает примерно 30°, более предпочтительно больше примерно 45°, а наиболее предпочтительно больше примерно 60°. Созданием регенератора 100 катализатора, обладающего описанными углами воронки, может быть достигнуто необходимое уменьшение приведенной скорости между регенерационной зоной 104 и верхним разделительным участком 120. Это уменьшение приведенной скорости позволяет увеличить извлечение уносимого катализатора и соответственно уменьшить технологические затраты.
Однако в соответствии с настоящим изобретением могут быть также предусмотрены меньшие углы воронки. В вариантах с меньшими углами воронки накопление застойных каталитических частиц вдоль внутренней поверхности 102, определяющей ворончатый участок 106, можно регулировать и уменьшать созданием одного или нескольких псевдоожижающих сопел, не показанных, на ворончатом участке 106. Эти псевдоожижающие сопла инжектируют псевдоожижающий агент на ворончатый участок 106 при внутренней поверхности 102 для содействия движению каталитических частиц из ворончатого участка 106 назад в регенерационную зону 104. Таким образом, угол воронки необязательно составляет меньше 30°, меньше 20° или меньше 10°. Созданием малого угла воронки может быть уменьшена продольная длина ворончатого участка 106, обеспечивая тем самым соответственное уменьшение технологических затрат, связанных с изготовлением регенератора катализатора в соответствии с настоящим изобретением.
В предпочтительном варианте регенератор 100 катализатора включает распределительную зону 119, которая в идеальном случае находится ниже регенерационной зоны 104. Перед ее введением в регенерационную зону 104 регенерационную среду вводят по одному или нескольким патрубкам 124 подачи регенерационной среды в распределительную зону 119. Распределительную зону 119 отделяет от регенерационной зоны 104 распределительная решетка 118. Распределительная решетка 118 включает одно или несколько впускных приспособлений 111 для регенерационной среды, как это продемонстрировано в виде нескольких впускных приспособлений 111 для регенерационной среды, через которые регенерационную среду выпускают из распределительной зоны 119 в регенерационную зону 104. Для целесообразных характеристик равномерного распределения регенерационной среды предусмотрен вариант регенератора катализатора, который включает распределительную решетку. Дополнительное преимущество достижения низкой приведенной скорости в регенерационной зоне 104, а также в разделительной зоне 105 обеспечивают распределительная зона 119 и распределительная решетка 118.
В предпочтительном варианте патрубок 109 подачи катализатора сообщается с возможностью прохождения текучей среды с регенерационной зоной 104 и направляет по меньшей мере частично закоксо
- 17 013380 ванный катализатор, предпочтительно в псевдоожиженном режиме, в регенерационную зону 104 через впускное приспособление 131 для катализатора. Патрубок 109 подачи катализатора необязательно сообщается с возможностью прохождения текучей среды с одним или несколькими из АПУ, отпарной установки и/или охладителя катализатора, ни один из которых не продемонстрирован на фиг. 1. Как показано на фиг. 1, патрубок 109 подачи катализатора проходит через нижнюю стенку 117 регенератора, распределительную зону 119 и распределительную решетку 118. Таким образом, патрубок 109 подачи катализатора в предпочтительном варианте выгружает, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор непосредственно в регенерационную зону 104 с образованием плотной фазы 115. Некоторое регенерирование катализатора необязательно происходит внутри патрубка 109 подачи катализатора, когда, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор, транспортируемый по нему, входит в контакт с псевдоожижающим агентом, как правило с воздухом, в условиях высоких температуры и давления.
В ходе проведения процесса, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор в плотной фазе 115 входит в контакт с регенерационной средой, поступающей посредством впускного приспособления (приспособлений) 111 для регенерационной среды, в условиях, эффективных для по меньшей мере частичного регенерирования, по меньшей мере, частично закоксованного катализатора. Если регенерационная установка 100 распределительной зоны 119 не включает, тогда патрубок 109 подачи катализатора проходит через нижнюю стенку 117 регенератора и выгружает, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор непосредственно в регенерационную зону 104 с образованием плотной фазы 115, без прохождения через распределительную решетку 118.
Средство 110 возврата катализатора также предусмотрено сообщающимся с возможностью прохождения текучей среды с регенерационной зоной 104. Средство 110 возврата катализатора направляет по меньшей мере частично регенерированный катализатор далеко от регенерационной зоны 104 регенератора 100 катализатора и в конечном счете назад в АПУ. Как показано, средство 110 возврата катализатора включает выпускное приспособление 132 для катализатора для приема, по меньшей мере, частично регенерированного катализатора из плотной фазы 115. В идеальном случае средство 110 возврата катализатора сообщается с возможностью прохождения текучей среды с рядом патрубков, которые направляют, по меньшей мере, частично регенерированный катализатор назад в аппарат для превращения углеводородов, необязательно после его прохождения через охладитель катализатора, не показанный. Как показано на фиг. 1, средство 110 возврата катализатора проходит через нижнюю стенку 117 регенератора, распределительную зону 119 и распределительную решетку 118, а предпочтительно проходит в плотную фазу 115, но ниже поверхности 133 плотной фазы. Однако в других вариантах, не показанных, средство 110 возврата катализатора проходит через поверхность 133 плотной фазы и необязательно проходит в один или несколько следующих участков: участок регенерационной зоны 104 выше поверхности 133 плотной фазы, ворончатый участок 106 и/или верхний разделительный участок 120. Таким образом, выпускное приспособление 132 для катализатора необязательно открывается и принимает катализатор из плотной фазы 115, участка регенерационной зоны 104 выше поверхности 133 плотной фазы, ворончатого участка 106 и/или верхнего разделительного участка 120.
Периферический конец средства 110 возврата катализатора необязательно включает снабженный канавками элемент 135, обладающий узким ближним концом и широким периферическим концом. Узкий ближний конец закреплен на трубном патрубке, который образует средство 110 возврата катализатора. Широкий конец образует выпускное приспособление 132 для катализатора. Снабженный канавками элемент 135 создает выпускное приспособление 132 для катализатора, обладающее повышенной способностью принимать и, таким образом, упрощающее удаление катализатора из регенератора 100 катализатора. Широкий периферический конец необязательно включает одну или несколько канавок 138, которые дополнительно повышают способность средства 110 возврата катализатора принимать за счет увеличения приемной площади выпускного приспособления 132 для катализатора.
Конфигурацию регенератора 100 катализатора можно варьировать широко. В варианте на фиг. 1 конфигурация включает первый цилиндрический элемент, который образует регенерационную зону 104, частичную коническую секцию, которая образует ворончатый участок 106, и второй цилиндрический элемент (с более значительными диаметром и площадью поперечного сечения, чем у первого цилиндрического элемента), который образует верхний разделительный участок 120. Конфигурация одного или нескольких из регенерационной зоны 104, ворончатого участка 106 и/или верхнего разделительного участка 120 необязательно выполнена в форме единственного правильного усеченного конуса. Другие приемлемые геометрические формы включают, хотя ими их список не ограничен, треугольные призмы и усеченные пирамиды, прямоугольные и квадратные призмы, усеченные пирамиды и пятиугольные, шестиугольные, семиугольные и восьмиугольные призматоиды и их усеченные, общие и правильные варианты. Другие неограничивающие примеры включают различные многогранники, такие как четырехгранник, восьмигранник, двенадцатигранник или двадцатигранник, а также конические сферы и сферические секторы, торы и цилиндры в их круглых, эллиптических или параболических формах и их усеченные, общие и правильные варианты. Объем аппарата по настоящему изобретению охватывает также многочисленные случаи любых этих геометрических форм, определяющих одну или несколько из регенерационной зоны 104, ворончатого участка 106 и/или верхнего разделительного участка 120.
- 18 013380
Размер регенератора 100 катализатора и его секций зависит от таких параметров, как приведенная скорость, гидродинамика твердых частиц, давление и регенерационная способность процесса регенерирования катализатора. При выполнении настоящего изобретения целесообразная регенерационная зона
104 обладает высотой от примерно 6 футов (1,8 м) до примерно 30 футов (9,1 м), предпочтительно от примерно 10 футов (3,0 м) до примерно 20 футов (6,1 м). Целесообразный верхний разделительный участок 120 обладает высотой от примерно 20 футов (6,1 м) до примерно 50 футов (15,2 м), предпочтительно от примерно 25 футов (7,6 м) до примерно 45 футов (13,7 м), а наиболее предпочтительно от примерно 30 футов (9,1 м) до примерно 35 футов (10,7 м). Таким образом, общая, суммарная высота разделительной зоны 120 и регенерационной зоны 104 составляет, по-видимому, от примерно 26 до 80 футов (от 7,9 до 24,4 м), более предпочтительно от примерно 35 до 70 футов (10,7 до 21,3 м), а наиболее предпочтительно от примерно 42 до примерно 55 футов (12,8 до 16,8 м). Высота ворончатого участка 106 зависит от разницы диаметров разделительной зоны 120 и регенерационной зоны 104 при целевом угле воронки. В зависимости от количества закоксованного катализатора, который должен быть регенерирован в нем, на этих различных участках регенератора 100 катализатора могут быть предусмотрены, разумеется, большие или меньшие высоты и диаметры.
Одна особенность настоящего изобретения может быть выражена отношением скорости потока катализатора, поступающего в регенератор катализатора, к длине регенерационной зоны и/или разделительной зоны. В одном варианте значение этого отношения превышает 0,3 фунта/с/фут (0,45 кг/с/м), необязательно больше 1,0 фунта/с/фут (1,5 кг/с/м) и необязательно больше 6,0 фунта/с/фут (9,0 кг/с/м), в пересчете на общую длину регенерационной и разделительной зон.
В одном особенно предпочтительном варианте значение отношения высоты разделительной зоны
105 к высоте регенерационной зоны 104 превышает 1, предпочтительно больше 1,25, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0 или 5,0.
В одном варианте выполнения настоящего изобретения значение отношения средней площади поперечного сечения разделительной зоны 105 к средней площади поперечного сечения регенерационной зоны 104 составляет от примерно 1 до примерно 8,0, предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 3,0, а наиболее предпочтительно от примерно 2,0 до примерно 2,5. Что касается нижних границ интервала, то регенерационная зона 104 обладает первой средней площадью поперечного сечения, разделительная зона 105 обладает второй средней площадью поперечного сечения, а значение отношения второй средней площади поперечного сечения к первой средней площади поперечного сечения необязательно составляет по меньшей мере примерно 1,2, по меньшей мере 2,0, 3,0, 4,0, 5,3, 6,8 или 8,5.
На фиг. 4А в частичном продольном разрезе проиллюстрирован вид реактора с псевдоожиженным слоем в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано, реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой регенератор катализатора, обозначенный общей позицией 400, хотя описанные особенности регенератора 400 катализатора можно было бы также использовать в нерегенераторных реакторах с псевдоожиженным слоем. Регенератор 400 согласно фиг. 4А включает несколько уровней препятствующих элементов 450, перекрывающих часть диаметра псевдоожиженного слоя 415. Таким образом, каждый препятствующий элемент 450 образует выемку или полностью открытый участок напротив отбойной перегородки в плоскости этой отбойной перегородки.
Регенератор катализатора включает патрубок 409 подачи катализатора, средство 410 возврата катализатора, один или несколько впускных приспособлений 411 для регенерационной среды, один или несколько патрубков 424 подачи регенерационной среды, выпускное приспособление 412 для отходящего потока и кожух 401. Проиллюстрированный регенератор катализатора является, разумеется, чисто иллюстративным примером, и замену патрубков 424 подачи регенерационной среды, патрубка 409 подачи катализатора, средства 410 возврата катализатора или других компонентов регенератора катализатора можно, в зависимости от конструкционных предпочтений, варьировать широко. Кожух 401 включает внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность и определяет боковые стенки плотной фазы 415, в которой, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор входит в контакт с регенерационной средой в условиях, эффективных для, по меньшей мере, частичного регенерирования закоксованного катализатора. Кожух 401 также определяет разделительную зону 405, в которой газообразные компоненты отделяют от уносимого катализатора. Кожух 401 также определяет верхнюю крышку 416 регенератора и нижнюю крышку 417 регенератора. Регенератор в предпочтительном варианте представляет собой сосуд с холодной стенкой, что означает наличие внутренней изолирующей плакировки из огнеупорного материала (не показанного), который изолирует кожух 401. В результате нет необходимости в том, чтобы кожух 401 был выполнен из материала, способного выдерживать экстремальные температуры, необходимые для эффективного регенерирования катализатора. Однако разделительные устройства 423, распределительная решетка 418 и препятствующие элементы 450 должны быть выполнены из легированной стали, например 304Н 88, способной выдерживать высокие температуры, необходимые для регенерирования катализатора. В другом варианте один или несколько препятствующих элементов 450 для их защиты от эрозионного изнашивания плакированы огнеупором.
Нижний конец плотной фазы 415 ограничивается обращенной к периферии поверхностью распределительной решетки 418. В вариантах, в которых отсутствует необязательная распределительная ре
- 19 013380 шетка 418 (например, когда предусмотрен барботер), нижний конец плотной фазы 415 необязательно смежен с внутренней поверхностью нижней стенки 417 регенератора. Другими словами, внутренняя поверхность нижней стенки 417 регенератора необязательно определяет нижний конец плотной фазы 415. Как показано, плотная фаза 415 сформирована в виде полого цилиндра, например трубного элемента, определяющего постоянную или по существу постоянную площадь поперечного сечения полого элемента по всей его длине, хотя поперечное сечение плотной фазы 415 может обладать любой из множества конфигураций, таких как круг, овал, квадрат, шестиугольник и т.д. Однако создание плотной фазы 415, обладающей постоянной площадью поперечного сечения по всей ее длине, позволяет добиваться целесообразных однообразных параметров регенерирования катализатора, например приведенной скорости.
Регенератор катализатора по настоящему изобретению также в предпочтительном варианте включает несколько препятствующих элементов 450, размещенных выше или ниже поверхности 433 плотной фазы. Как показано, препятствующие элементы 450 расположены ниже поверхности 433 плотной фазы. Благодаря положению препятствующих элементов 450 внутри плотной фазы 415 обедненная мелочью популяция каталитических частиц способна проявлять необходимые характеристики псевдоожижения. Препятствующие элементы 450 предусмотрены для резкой остановки и прекращения движения уносимого катализатора вверх по инерции и разрушения пузырьков, образующихся в плотной фазе 415. Благодаря улучшению характеристик псевдоожижения обедненной мелочью популяции каталитических частиц препятствующие элементы 450 также упрощают перенос каталитических частиц в стояк, такой как средство 410 возврата катализатора, и в конечном счете назад в АПУ (не показан). Расстояние между продольно смежными препятствующими элементами можно варьировать широко в зависимости от многих факторов. Расстояние между продольно смежными препятствующими элементами необязательно превышает примерно 0,5 м, больше примерно 1 м, больше примерно 2 м или больше примерно 5 м. Что касается верхних границ интервала, то расстояние между продольно смежными препятствующими элементами необязательно меньше примерно 10 м, меньше примерно 7 м, меньше примерно 5 м или меньше примерно 3 м.
В варианте, показанном на фиг. 4А, продемонстрировано три препятствующих элемента 450, каждый из которых выполнен в форме пластины или диска, который перекрывает часть площади поперечного сечения плотной фазы 415. Каждый препятствующий элемент 450 обладает находящимися друг против друга основными плоскими поверхностями, показанными включающими множество отверстий, проходящих между находящимися друг против друга плоскими поверхностями. Препятствующие элементы 450 также направляют продукты горения и непрореагировавшую регенерационную среду, если она имеется, в разделительную зону 405 и в конечном счете в выпускное приспособление 412 для отходящего потока. В представленном варианте каждый препятствующий элемент 450 выполнен в форме препятствующего элемента в стиле решетки метрополитена с многочисленными перекрещивающимися горизонтальными деталями, разделенными отверстиями примерно в несколько дюймов для разрушения более крупных газовых пузырьков, образующихся, когда содержание мелочи оказывается низким. На фиг. 4Б подробно показан вид сбоку препятствующего элемента 450 по линии 4В-4В. Как показано, каждый препятствующий элемент 450 сформирован по существу плоской поверхностью, снабженной предусмотренными в ней отверстиями для того, чтобы позволить проходить через них каталитическим частицам и/или газам при одновременном прекращении образования пузырьков в плотной фазе 415. Общая открытая площадь во всей поперечно проходящей плоскости данного препятствующего элемента 450, включая открытый участок 452, необязательно превышает примерно 50%, предпочтительно больше примерно 70%, а наиболее предпочтительно больше примерно 90%, площади поперечного сечения. В предпочтительном варианте регенератор 400 включает несколько уровней (продемонстрировано три) внутренних препятствующих элементов 450, перекрывающих часть диаметра плотной фазы 415, вследствие чего каждый препятствующий элемент 450 образует выемку или открытый участок 452. Площадь полностью открытого участка 452 в плоскости препятствующего элемента 450 в предпочтительном варианте меньше 75%, предпочтительно меньше 50%, а наиболее предпочтительно находится в пределах от примерно 10 до примерно 25% общей площади поперечного сечения плотной фазы 415. В предпочтительном варианте смежные открытые участки 452, определяемые смежными препятствующими элементами 450, относительно друг друга смещены, как это продемонстрировано. Под понятием смещенные подразумевают, что смежные открытые участки 452 не полностью перекрывают друг друга, хотя предполагается, что смежные открытые участки 452 в некоторой степени могут друг друга перекрывать.
Несмотря на то, что регенератор 400 по форме продемонстрирован как цилиндрический, он необязательно обладает ворончатым участком, как обсуждалось выше.
Разделительная зона 405 в предпочтительном варианте образована полым цилиндром, например трубным элементом, обладающим постоянной или по существу постоянной площадью поперечного сечения, что позволяет добиться однообразных характеристик приведенной скорости для содержащегося в нем уносимого катализатора. Регенератор 400 катализатора необязательно включает приемный кожух 427 и приемный объем 428, как показано на фиг. 4А.
Выпускное приспособление 412 для отходящего потока, которое высвобождает регенерационные продукты горения и возможно непрореагировавшую регенерационную среду из регенератора 400 катали
- 20 013380 затора, очевидно соединяется с верхней частью одного или нескольких разделительных устройств 423. Внутри границ приемного кожуха 427, который соединен с верхней стенкой 416 регенератора, сформирован приемный объем 428. Для сбора регенерационного продукта горения и возможно непрореагировавшей регенерационной среды, выходящей из разделительных устройств 423, и направления этого материала в выпускное приспособление 412 для отходящего потока, которое очевидно соединяется с разделительной зоной 405 поблизости от приемного объема 428, предусмотрены приемный кожух 427 и приемный объем 428. Выпускное приспособление 412 для отходящего потока транспортирует регенерационные продукты горения и возможно непрореагировавшую регенерационную среду далеко от регенератора 400 катализатора. Такие приемные конструкции особенно эффективны в вариантах, когда используют несколько разделительных устройств 423, например так, как показано на фиг. 4 А, где два ряда циклонных сепараторов соединяют с единственным выпускным приспособлением 412 для отходящего потока посредством приемного объема 428. Приемный кожух 427 в регенераторе 400 катализатора по настоящему изобретению необязателен, поскольку некоторые разделительные устройства, например некоторые циклонные сепараторы, фильтры, решетки, отражательные устройства, пластины или конусы, функционируют соответствующим образом с прямым удалением газообразных продуктов.
В предпочтительном варианте разделительная зона 405, предпочтительно ее верхний участок, включает одно или несколько разделительных устройств 423, которые используют для отделения уносимого катализатора от газообразных компонентов в разделительной зоне 405. Разделительные устройства 423 необязательно представляют собой циклонные сепараторы, фильтры, решетки, отражательные устройства, пластины, конусы или любое другое устройство, которое, по-видимому, отделяет уносимый катализатор от газообразных компонентов в разделительной зоне 405. Разделительные устройства 423, показанные на фиг. 4А, представляют собой циклонные сепараторы, у каждого из которых имеется впускное приспособление 437 разделительной установки, которое принимает газообразные компоненты и уносимый катализатор из разделительной зоны 405, и длинный выступающий вниз стояк 436 для возврата катализатора, который направляет выделенные каталитические частицы поблизости от впускного приспособления 437 разделительной установки.
В предпочтительном варианте регенератор 400 катализатора включает распределительную зону 419, которая в идеальном случае находится ниже плотной фазы 415 регенерационной зоны. Перед ее введением в плотную фазу 415 регенерационную среду вводят по одному или нескольким патрубкам 424 подачи регенерационной среды в распределительную зону 419. Распределительную зону 419 отделяет от плотной фазы 415 распределительная решетка 418. Распределительная решетка 418 в предпочтительном варианте выполнена из решетки или сетки, которая включает одно или несколько впускных приспособлений 411 для регенерационной среды, как это продемонстрировано в виде нескольких впускных приспособлений 411 для регенерационной среды, через которые регенерационную среду выпускают в плотную фазу 415 из распределительной зоны 419. Для целесообразных характеристик равномерного распределения регенерационной среды предусмотрен вариант регенератора катализатора, который включает распределительную решетку. Дополнительное преимущество достижения низкой приведенной скорости в регенерационной зоне 404, а также в плотной фазе 415 обеспечивают распределительная зона 419 и распределительная решетка 418.
В предпочтительном варианте патрубок 409 подачи катализатора сообщается с возможностью прохождения текучей среды с плотной фазой 415 и направляет, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор, предпочтительно в псевдоожиженном режиме, в регенерационную зону. Патрубок 409 подачи катализатора необязательно сообщается с возможностью прохождения текучей среды с одним или несколькими из АПУ, отпарной установки и/или охладителя катализатора, ни один из которых не продемонстрирован на фиг. 4А. Как показано на фиг. 4А, патрубок 409 подачи катализатора проходит через нижнюю стенку 417 регенератора, распределительную зону 419 и распределительную решетку 418. По другому варианту патрубок 409 подачи катализатора может входить из бока сосуда выше или внутрь плотной фазы 415. Таким образом, патрубок 409 подачи катализатора в предпочтительном варианте выгружает, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор непосредственно в регенерационную зону с образованием плотной фазы 415. Некоторое регенерирование катализатора необязательно происходит внутри патрубка 409 подачи катализатора, когда, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор, транспортируемый по нему, входит в контакт с псевдоожижающим агентом, как правило с воздухом, в условиях высоких температуры и давления. В другом варианте (не показанном) патрубок 409 подачи катализатора открывается в бок кожуха 401 таким образом, чтобы вводить, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор на более высокий участок плотной фазы 415.
В ходе проведения процесса, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор в плотной фазе 415 входит в контакт с регенерационной средой, поступающей посредством впускного приспособления (приспособлений) 411 для регенерационной среды, в условиях, эффективных, по меньшей мере, для частичного регенерирования, по меньшей мере, частично закоксованного катализатора. Если регенерационная установка 400 распределительной зоны 419 не включает, тогда патрубок 409 подачи катализатора проходит через нижнюю стенку 417 регенератора и выгружает, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор непосредственно в регенерационную зону с образованием плотной фазы 415, без
- 21 013380 прохождения через распределительную решетку 418.
Средство 410 возврата катализатора также предусмотрено сообщающимся с возможностью прохождения текучей среды с регенерационной зоной. Средство 410 возврата катализатора направляет, по меньшей мере, частично регенерированный катализатор далеко от регенерационной зоны регенератора 400 катализатора и в конечном счете назад в АПУ. Как показано, средство 410 возврата катализатора включает выпускное приспособление для катализатора для приема по меньшей мере частично регенерированного катализатора из плотной фазы 415. В идеальном случае средство 410 возврата катализатора сообщается с возможностью прохождения текучей среды с рядом патрубков, которые направляют, по меньшей мере, частично регенерированный катализатор назад в аппарат для превращения углеводородов, необязательно после его прохождения через охладитель катализатора, не показанный. Как показано на фиг. 4А, средство 410 возврата катализатора проходит через нижнюю стенку 417 регенератора, распределительную зону 419 и распределительную решетку 418, а предпочтительно проходит в плотную фазу 415 ниже поверхности 433 плотной фазы. Однако в других вариантах, не показанных, средство 410 возврата катализатора проходит через поверхность 433 плотной фазы и необязательно проходит в разделительную зону 405. Таким образом, выпускное приспособление для катализатора необязательно открывается и принимает катализатор из плотной фазы 415 или разделительной зоны 405.
В предпочтительном варианте средство 410 возврата катализатора открывается в плотную фазу 415 ниже самого нижнего препятствующего элемента на расстоянии от примерно 1 до примерно 3 м. По другому варианту средство 410 возврата катализатора проходит через один или несколько препятствующих элементов 450. В еще одном варианте средство 410 возврата катализатора образует отверстие в кожухе 401, например сбоку сосуда, и сообщается с возможностью прохождения текучей среды с последующим наклоненным под углом патрубком, не показанным.
Периферический конец средства 410 возврата катализатора необязательно включает снабженный канавками элемент 435, обладающий узким ближним концом и широким периферическим концом, который образует выпускное приспособление для катализатора. Узкий ближний конец закреплен на трубном патрубке, который образует средство 410 возврата катализатора. Снабженный канавками элемент 435 создает выпускное приспособление для катализатора, обладающее повышенной способностью принимать и, таким образом, упрощает удаление катализатора из регенератора 400 катализатора. Широкий периферический конец необязательно включает одну или несколько канавок, которые дополнительно повышают способность средства 410 возврата катализатора принимать за счет увеличения приемной площади выпускного приспособления для катализатора.
На фиг. 5А в частичном продольном разрезе проиллюстрирован вид реактора с псевдоожиженным слоем в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения. Как показано, реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой регенератор катализатора, обозначенный общей позицией 500, хотя описанные особенности регенератора катализатора 500 можно было бы также использовать в нерегенераторных реакторах с псевдоожиженным слоем. Регенератор 500 согласно фиг. 4А включает несколько уровней препятствующих элементов. Конкретно эти препятствующие элементы, проиллюстрированные на фиг. 5А, включают отбойные перегородки типа навеса, образованные несколькими в форме перевернутой литеры V элементами. Конкретно, как это продемонстрировано, эти препятствующие элементы включают центральные препятствующие элементы 551 и боковые препятствующие элементы 550.
Регенератор 500 катализатора включает патрубок 509 подачи катализатора, средство 510 возврата катализатора, один или несколько впускных приспособлений 511 для регенерационной среды, один или несколько патрубков 524 подачи регенерационной среды, выпускное приспособление 512 для отходящего потока и кожух 501. Проиллюстрированный регенератор катализатора является, разумеется, чисто иллюстративным примером, и замену патрубка 524 подачи регенерационной среды, патрубка 509 подачи катализатора, средства 510 возврата катализатора или других компонентов регенератора 500 катализатора можно, в зависимости от конструкционных предпочтений, варьировать широко. Кожух 501 включает внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность и определяет боковые стенки плотной фазы 515, в которой по меньшей мере частично закоксованный катализатор входит в контакт с регенерационной средой в условиях, эффективных, по меньшей мере, для частичного регенерирования закоксованного катализатора. Кожух 501 также определяет разделительную зону 505, в которой газообразные компоненты отделяют от уносимых катализаторов. Кожух 501 также определяет верхнюю крышку 516 регенератора и нижнюю крышку 517 регенератора. Кожух 501 необязательно изолируют внутренней изолирующей плакировкой из огнеупорного материала (не показанного). Разделительные устройства 523, распределительная решетка 518 и препятствующие элементы 450 должны быть выполнены из легированной стали, например 304Н §§, способной выдерживать высокие температуры, необходимые для регенерирования катализатора, и необязательно покрыты стойким к эрозионному изнашиванию огнеупором.
Нижний конец плотной фазы 515 ограничивается обращенной к периферии поверхностью распределительной решетки 518. В вариантах, в которых отсутствует необязательная распределительная решетка 518 (например, когда предусмотрен барботер), нижний конец плотной фазы 515 необязательно смежен с внутренней поверхностью нижней стенки 517 регенератора. Другими словами, внутренняя по
- 22 013380 верхность нижней стенки 517 регенератора необязательно определяет нижний конец плотной фазы 515. Как показано, плотная фаза 515 сформирована в виде полого цилиндра, например трубного элемента, определяющего постоянную или по существу постоянную площадь поперечного сечения полого элемента по всей его длине, хотя поперечное сечение плотной фазы 515 может обладать любой из множества конфигураций, таких как круг, овал, квадрат, шестиугольник и т.д. Однако создание плотной фазы 515, обладающей постоянной площадью поперечного сечения по всей ее длине, позволяет добиваться целесообразно однообразных параметров регенерирования катализатора, например приведенной скорости.
Регенератор катализатора 500 по настоящему изобретению также в предпочтительном варианте включает несколько препятствующих элементов, размещенных выше или ниже поверхности 533 плотной фазы. Как показано, препятствующие элементы включают центральные препятствующие элементы 551 и внешние препятствующие элементы 550, причем и те, и другие целиком расположены ниже поверхности 533 плотной фазы. Благодаря положению препятствующих элементов 551 внутри плотной фазы 515 обедненная мелочью популяция каталитических частиц способна проявлять необходимые характеристики псевдоожижения. Препятствующие элементы предусмотрены для резкой остановки движения уносимых катализаторов вверх по инерции и разрушения пузырьков, образующихся в плотной фазе 515. Благодаря улучшению характеристик псевдоожижения обедненной мелочью популяции каталитических частиц препятствующие элементы также упрощают перенос каталитических частиц в стояк, такой как средство 510 возврата катализатора, и в конечном счете назад в АПУ (на показан).
В варианте, показанном на фиг. 5А, продемонстрировано три центральных препятствующих элемента 551, каждый из которых выполнен как отбойная перегородка типа навеса в форме перевернутой литеры V, которая перекрывает часть площади поперечного сечения плотной фазы 515. На фиг. 5А также проиллюстрированы три уровня внешних препятствующих элементов 550, которые расположены между уровнями центральных препятствующих элементов 551. Другими словами, в показанном варианте каждый уровень или слой препятствующих элементов в предпочтительном варианте размещен поочередно между центральным препятствующим элементом 551 и внешним препятствующим элементом 550, создающими лабиринт, по которому должна продвигаться каталитическая частица для того, чтобы достичь поверхности 533 плотной фазы.
В одном варианте (не показанном) каждый препятствующий элемент выполнен в форме решетки метрополитена, как обсуждалось выше со ссылкой на фиг. 4А и 4Б.
На фиг. 5Б подробно показан вид сбоку центрального препятствующего элемента 551 и внешнего препятствующего элемента 550. Как показано, каждый из центральных препятствующих элементов 551 включает вершину 554 и проходит от одного конца регенератора 500 до другого. В предпочтительном варианте каждый соответствующий внешний препятствующий элемент 550 проходит вдоль хорды, которая перекрывает смежный центральный препятствующий элемент 551 вдоль его внешней кромки. Каждый центральный препятствующий элемент 551 и/или каждый внешний препятствующий элемент 550 необязательно включает несколько отверстий соответственно 553 и 552, которые пересекают кромки препятствующих элементов для содействия разрушению пузырьков в плотной фазе 515.
В предпочтительном варианте регенератор 500 включает несколько уровней центральных препятствующих элементов 551, каждый из которых перекрывает часть диаметра плотной фазы 515 таким образом, чтобы создать открытый участок, который в предпочтительном варианте перекрывается смежным внешним препятствующим элементом 550.
Разделительная зона 505 в предпочтительном варианте образована полым цилиндром, например трубным элементом, обладающим постоянной или по существу постоянной площадью поперечного сечения, что позволяет добиться однообразных характеристик приведенной скорости для содержащихся в нем уносимых катализаторов. Регенератор 500 катализатора необязательно включает приемный кожух 527 и приемный объем 528, как показано на фиг. 5А.
Выпускное приспособление 512 для отходящего потока, которое высвобождает регенерационные продукты горения и возможно непрореагировавшую регенерационную среду из регенератора 500 катализатора, очевидно соединяется с верхней частью одного или нескольких разделительных устройств 523. Внутри границ приемного кожуха 527, который соединен с верхней стенкой 516 регенератора, сформирован приемный объем 528. Для сбора регенерационных продуктов горения и возможно непрореагировавшей регенерационной среды, выходящей из разделительных устройств 523, и направления этого материала в выпускное приспособление 512 для отходящего потока, которое очевидно соединяется с разделительной зоной 505 поблизости от приемного объема 528, предусмотрены приемный кожух 527 и приемный объем 528. Выпускное приспособление 512 для отходящего потока транспортирует регенерационные продукты горения и возможно непрореагировавшую регенерационную среду далеко от регенератора 500 катализатора. Такие приемные конструкции особенно эффективны в вариантах, когда используют несколько разделительных устройств 523, например так, как показано на фиг. 5 А, где два ряда циклонных сепараторов соединяют с единственным выпускным приспособлением 512 для отходящего потока посредством приемного объема 528. Приемный кожух 527 в регенераторе 500 катализатора по настоящему изобретению необязателен, поскольку некоторые разделительные устройства, например некоторые циклонные сепараторы, фильтры, решетки, отражательные устройства, пластины или конусы,
- 23 013380 функционируют соответствующим образом с прямым удалением газообразных продуктов.
В предпочтительном варианте разделительная зона 505, предпочтительно ее верхний участок, включает одно или несколько разделительных устройств 523, которые используют для отделения уносимого катализатора от газообразных компонентов в разделительной зоне 505. Разделительные устройства 523 необязательно представляют собой циклонные сепараторы, фильтры, решетки, отражательные устройства, пластины, конусы или любое другое устройство, которое, по-видимому, отделяет уносимые катализаторы от газообразных компонентов в разделительной зоне 505. Разделительные устройства 523, показанные на фиг. 5А, представляют собой циклонные сепараторы, у каждого из которых имеется впускное приспособление 537 разделительной установки, которое принимает газообразные компоненты и уносимый катализатор из разделительной зоны 505, и длинный выступающий вниз стояк 536 для возврата катализатора, который направляет выделенные каталитические частицы поблизости от впускного приспособления 537 разделительной установки.
В предпочтительном варианте регенератор 500 катализатора включает распределительную зону 519, которая в идеальном случае находится ниже плотной фазы 515 регенерационной зоны. Перед ее введением в плотную фазу 515 регенерационную среду вводят по одному или нескольким патрубкам 524 подачи регенерационной среды в распределительную зону 519. Распределительную зону 519 отделяет от плотной фазы 515 распределительная решетка 518. Распределительная решетка 518 включает одно или несколько впускных приспособлений 511 для регенерационной среды, как это продемонстрировано в виде нескольких впускных приспособлений 511 для регенерационной среды, через которые регенерационную среду выпускают в плотную фазу 515 из распределительной зоны 519. Для целесообразных характеристик равномерного распределения регенерационной среды предусмотрен вариант регенератора катализатора, который включает распределительную решетку. Дополнительное преимущество достижения низкой приведенной скорости в регенерационной зоне 504, а также в плотной фазе 515 обеспечивают распределительная зона 519 и распределительная решетка 518.
В предпочтительном варианте патрубок 509 подачи катализатора сообщается с возможностью прохождения текучей среды с плотной фазой 515 и направляет, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор, предпочтительно в псевдоожиженном режиме, в регенерационную зону. Патрубок 509 подачи катализатора необязательно сообщается с возможностью прохождения текучей среды с одним или несколькими из аппарата для превращения углеводородов, отпарной установки и/или охладителя катализатора, ни один из которых не продемонстрирован на фиг. 5А. Как показано на фиг. 5А, патрубок 509 подачи катализатора проходит через нижнюю стенку 517 регенератора, распределительную зону 519 и распределительную решетку 518. По другому варианту патрубок 509 подачи катализатора проходит через один или несколько препятствующих элементов. Таким образом, патрубок 509 подачи катализатора в предпочтительном варианте выгружает, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор непосредственно в регенерационную зону с образованием плотной фазы 515.
Средство 510 возврата катализатора также предусмотрено сообщающимся с возможностью прохождения текучей среды с регенерационной зоной. Средство 510 возврата катализатора направляет по меньшей мере частично регенерированный катализатор далеко от регенерационной зоны регенератора 500 катализатора и в конечном счете назад в аппарат для превращения углеводородов. Как показано на фиг. 5 А, средство 510 возврата катализатора проходит через нижнюю стенку 517 регенератора, распределительную зону 519 и распределительную решетку 518. В предпочтительном варианте средство 510 возврата катализатора проходит в плотную фазу 515, но ниже поверхности 533 плотной фазы, как продемонстрировано. В другом варианте (не показанном) средство 510 возврата катализатора проходит через один или несколько препятствующих элементов. Средство 510 возврата катализатора необязательно проходит через поверхность 533 плотной фазы и проходит в разделительную зону 505. Периферический конец средства 510 возврата катализатора необязательно включает снабженный пазами элемент 535, обладающий узким ближним и широким периферическим концом, который образует выпускное приспособление для катализатора, как оно представлено выше.
Общая площадь открытой поверхности, определяемой отбойными перегородками в плотной фазе 515, необязательно составляет от примерно 20 до примерно 80%, предпочтительно от примерно 40 до примерно 60%, а наиболее предпочтительно от примерно 45 до примерно 55% общей площади поперечного сечения плотной фазы 515. Таким образом, препятствующие элементы в предпочтительном варианте перекрывают часть общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя, необязательно от примерно 20 до примерно 80%, от примерно 40 до примерно 60% или от примерно 45 до примерно 55% общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя. Дополнительно или по другому варианту один или несколько первичных препятствующих элементов включают по меньшей мере одну отбойную перегородку в стиле решетки метрополитена, которая перекрывает часть общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя. Отбойная перегородка в стиле решетки метрополитена необязательно перекрывает от примерно 60 до примерно 95%, от примерно 70 до примерно 95% или от примерно 80 до примерно 90% общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя. Сами препятствующие элементы необязательно включают проходящие через них отверстия или другие каналы для еще большего уменьшения размеров газовых пузырьков в плотной фазе 515, которые образуются благодаря низкой
- 24 013380 концентрации мелочи в популяции каталитических частиц, содержащихся в плотной фазе 515.
V. Реакционные системы превращения оксигената в олефины.
В предпочтительном варианте объектом настоящего изобретения является улучшение псевдоожижения каталитических частиц, характеризующихся низким содержанием мелочи, в реакционной системе оксигената в олефины (ОвО) или в системе регенерации катализатора, связанной с реакционной системой ОвО. В предпочтительном варианте эта реакционная система ОвО включает реакционную систему метанола в олефины (МвО), которая описана более подробно ниже.
В реакционном процессе МвО оксигенат, например метанол, входит в контакт с катализатором в АПУ в условиях, эффективных для превращения по меньшей мере части оксигената в легкие олефины и, по меньшей мере, частичной дезактивации катализатора с получением, по меньшей мере, частично дезактивированного катализатора, например закоксованного катализатора. По меньшей мере, частично дезактивированный катализатор направляют в регенератор катализатора в соответствии с настоящим изобретением, в котором, по меньшей мере, частично дезактивированный катализатор регенерируют с получением регенерированного катализатора. По меньшей мере часть регенерированного катализатора направляют в реакционную установку. Дезактивированный катализатор в отпарной установке необязательно входит в контакт с отпарной средой в условиях, эффективных для удаления из дезактивированного катализатора внедренных углеводородов.
Далее более подробно описан тип АПУ, который предусмотрен в сочетании с регенератором катализатора по настоящему изобретению. Такие реакционные процессы можно проводить в нескольких каталитических АПУ, таких как гибридные реакторы, в которых имеются реакционные зоны с плотным слоем или неподвижным слоем и/или реакционные зоны с псевдоожиженным слоем и высокой скоростью потока, сочетающиеся между собой, реакторы с циркулирующим псевдоожиженным слоем, вертикальные трубные реакторы и т.п. Приемлемые реакторы обычных типов описаны, например, в патентах И8 № 4076796 и И8 № 6287522 (двойной вертикальный трубный) и работе ΠυίάίζαΙίοη Епдтеепд, Ό.Κιιπίί и О.Ьеуеп5р1е1, РоЬеП Е. Кпсдсг РиЫЫипд Сотрапу, Νο\ν Уогк, Νο\ν Уогк 1977, которые все в полном объеме включены в настоящее описание в качестве ссылок.
АПУ предпочтительного типа выбирают из вертикальных трубных реакторов, которые в общем описаны в работе К15ег Веас1ог, ΕΙυίάίζαΙίοπ апб Е1и1б-Рагбс1е 8у51ет5, сс. с 48 по 59, Ε.Ά^ηζ и О.Е.ОШтег, Рет1то1б РиЬЙБЫпд Согрогабоп, №\ν Уогк, 1960, в патенте И8 № 6166282 (реактор с псевдоожиженным слоем и высокой скоростью потока), который включен в настоящее описание в качестве ссылки. В наиболее предпочтительном варианте АПУ включает несколько вертикальных трубных реакторов, как это изложено в заявке на патент И8 серийный № 09/564613, поданной Ьабпег и др. 4 мая 2000 г., который в полном объеме включен в настоящее описание в качестве ссылки.
Свежий исходный материал, предпочтительно включающий один или несколько оксигенатов, необязательно с одним или несколькими разбавителями направляют в один или несколько вертикальных трубных реакторов, в которые вводят каталитическую композицию на основе цеолитного или нецеолитного молекулярного сита или ее закоксованный вариант. В одном варианте каталитическую композицию на основе молекулярного сита или ее закоксованный вариант перед введением в вертикальный трубный реактор (реакторы) вводят в контакт с жидкостью или газом, или их сочетанием, причем предпочтительной жидкостью является вода или метанол, а газ представляет собой инертный газ, такой как азот и водяной пар.
В предпочтительном варианте исходный материал, поступающий в индивидуальную реакторную систему, в первой реакторной зоне частично или полностью превращают в газообразный отходящий поток, который поступает в разделительный сосуд совместно с закоксованной каталитической композицией на основе молекулярного сита, которая, по меньшей мере, частично дезактивирована. В предпочтительном варианте циклон (циклоны) внутри разделительного сосуда сконструирован с тем, чтобы каталитическую композицию на основе молекулярного сита, предпочтительно закоксованную каталитическую композицию на основе молекулярного сита, внутри разделительной зоны отделять от газообразного отходящего потока, включающего один или несколько олефинов. Предпочтительны циклоны, однако гравитационные эффекты внутри разделительного сосуда также обеспечивают отделение каталитических композиций от газообразного отходящего потока. Другие методы отделения каталитических композиций от газообразного отходящего потока включают применение тарелок, колпачков, коленчатых трубок и т.п.
В одном варианте разделительной системы в индивидуальном АПУ эта разделительная система включает разделительный сосуд. В одном из вариантов нижняя часть разделительного сосуда представляет собой отпарную зону. В этой отпарной зоне, по меньшей мере, частично закоксованную каталитическую композицию на основе молекулярного сита вводят в контакт с отпаривающей средой, которая представляет собой газ, предпочтительно с одним из следующих компонентов или сочетанием водяного пара, метана, диоксида углерода, моноксида углерода, водорода и инертного газа, такого как аргон, предпочтительно с водяным паром, для выделения адсорбированных внедренных углеводородов из, по меньшей мере, частично закоксованной каталитической композиции на основе молекулярного сита, которую затем вводят в регенерационную систему. В идеальном случае в отпарную установку на каждые 1000 фунтов катализатора вводят от примерно 2 до примерно 10, более предпочтительно от примерно 2
- 25 013380 до примерно 6, а наиболее предпочтительно от 3 до примерно 5 фунтов отпаривающей среды, например водяного пара. В другом варианте отпарная зона находится в сосуде, отделенном от разделительного сосуда, и отпаривающую среду пропускают при среднечасовой скорости подачи газа (ССПГ) от 1 до примерно 20000 ч-1 в пересчете на объем газа относительно объема закоксованной каталитической композиции на основе молекулярного сита, предпочтительно при повышенной температуре, от 250 до примерно 750°С, предпочтительно от примерно 350 до 650°С, над закоксованной каталитической композицией на основе молекулярного сита.
В одном предпочтительном варианте метода превращения оксигената в олефин (олефины) с использованием каталитической композиции на основе кремнеалюмофосфатного молекулярного сита этот процесс проводят при ССПС по меньшей мере 20 ч-1 и скорректированной по температуре нормализованной селективности в отношении метана (СТНСМ) меньше 0,016, предпочтительно меньше или равно 0,01 (см., например патент И8 № 5952538, который в полном объеме включен в настоящее описание в качестве ссылки).
Для проведения почти любого процесса превращения углеводородов, в котором используют псевдоожиженный катализатор, можно применять АПУ по настоящему изобретению с необязательно несколькими вертикальными трубными реакторами. Типичные реакции включают, например, взаимопревращения олефинов, реакции превращения оксигената в олефины (например, реакции МвО), реакции превращения оксигената в бензин, образование малеинового ангидрида, парофазный синтез метанола, образование фталевого ангидрида, реакции Фишера-Тропша и образование акрилонитрила.
В процессе превращения оксигенатов в олефины применяют исходный материал, включающий оксигенат. Используемое в настоящем описании понятие оксигенат определяют как охватывающее, хотя ими их список нет необходимости ограничивать, углеводороды, содержащие атом кислорода, такие как следующие: алифатические спирты, простые эфиры, карбонильные соединения (альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, карбонаты и т.п.) и их смеси. Алифатический остаток в целесообразном варианте должны содержать в интервале примерно от 1 до 10 углеродных атомов, а более целесообразно в интервале примерно от 1 до 4 углеродных атомов. Типичные оксигенаты включают, но ими нет необходимости ограничиваться, низкомолекулярные прямоцепочечные или разветвленные алифатические спирты и их ненасыщенные аналоги. Примеры приемлемых оксигенатов включают, но ими нет необходимости ограничиваться, следующие: метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, С4-С10спирты, метилэтиловый эфир, диметиловый эфир, диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир, метилформиат, формальдегид, диметилкарбонат, метилэтилкарбонат, ацетон и их смеси. В целесообразном варианте оксигенат, используемый в реакции превращения, выбирают из группы, включающей метанол, диметиловый эфир и их смеси. Более целесообразным оксигенатом является метанол. Общая масса сырья, направляемого в вертикальные трубные реакторы, может включать дополнительные компоненты, такие как разбавители.
В вертикальные трубные реакторы вместе с оксигенатами можно направлять один или несколько разбавителей, вследствие чего исходная смесь в целом включает разбавитель в интервале от примерно 1 до примерно 99 мол.%. Разбавители, которые можно использовать при осуществлении способа, включают, хотя ими нет необходимости ограничиваться, гелий, аргон, азот, моноксид углерода, диоксид углерода, водород, воду, парафины, другие углеводороды (такие как метан), ароматические соединения и их смеси. Целевые разбавители включают, но ими нет необходимости ограничиваться, воду и азот.
Часть исходного материала может быть направлена в АПУ в жидкой форме. Когда часть исходного материала направляют в жидкой форме, жидкой частью исходного материала может служить либо оксигенат, либо разбавитель, либо смесь их обоих. Жидкая часть исходного материала может быть непосредственно инжектирована в индивидуальные вертикальные трубные реакторы или перенесена, или какимлибо иным образом транспортирована в вертикальные трубные реакторы с парообразной частью исходного материала или приемлемым газообразным носителем/разбавителем. Подачей части исходного материала (оксигената и/или разбавителя) в жидкой фазе можно регулировать температуру в вертикальных трубных реакторах. Тепло экзотермической реакции превращения оксигената частично поглощается эндотермической теплотой парообразования жидкой части исходного материала. Регулирование пропорции жидкого исходного материала относительно парообразного исходного материала, подаваемого в реактор, является одним возможным методом регулирования температуры в реакторе и, в частности, в вертикальных трубных реакторах.
Жидкий исходный материал необязательно подают отдельно или совместно с парообразным исходным материалом. Количество исходного материала, подаваемого в жидкой форме, направляют ли его отдельно или совместно с парообразным исходным материалом, составляет от примерно 0,0 до примерно 85 мас.% от общего содержания в исходном материале оксигенатов плюс разбавитель. Более целесообразный интервал составляет от примерно 1 до примерно 75 мас.% от общего количества подаваемых оксигенатов плюс разбавитель, а наиболее целесообразный интервал составляет от примерно 5 до примерно 65 мас.%. Жидкая и парообразная части исходного материала могут обладать одинаковым составом или могут включать варьируемые доли одних и тех же или разных оксигенатов и одних и тех же или разных разбавителей. Одним особенно эффективным жидким разбавителем является, благодаря ее относительно высокой теплоте парообразования, вода, которая позволяет оказывать большое влияние на темпе
- 26 013380 ратурный перепад в реакторе при относительно небольшом расходе. Другие эффективные разбавители описаны выше. Правильный выбор температуры и давления любых соответствующих оксигената и/или разбавителя, подаваемых в реактор, обычно гарантирует то, что по меньшей мере их часть находится в жидкой фазе, когда они поступают в реактор и/или входят в контакт с катализатором или парообразной частью исходного материала и/или разбавителя.
Жидкая фракция исходного материала может быть, что необязательно, разделена на части и введена в вертикальные трубные реакторы на множестве участков по длине этих вертикальных трубных реакторов. Этого можно добиться посредством оксигенатного исходного материала, разбавителя или их обоих. Как правило, этого добиваются с использованием разбавительной части исходного материала. Другой возможностью является размещение сопла, которое вводит всю жидкую фракцию исходного материала в вертикальные трубные реакторы таким образом, что сопло образует капельки жидкости соответствующего распределения по размерам, которые, когда они захватываются газом и твердыми частицами, вводимыми в вертикальные трубные реакторы, постепенно испаряются, продвигаясь вдоль вертикальных трубных реакторов. Для улучшенного регулирования разницы температур в вертикальных трубных реакторах можно применять любую из этих структур или их сочетание. Средство, обеспечивающее наличие множества точек подачи жидкости в реактор, или проектирование сопла для подачи жидкости для регулирования распределения капелек по размерам в данной области техники хорошо известно, и в настоящем описании не обсуждается.
Катализатор, приемлемый для катализа реакции превращения оксигената в олефины, включает молекулярное сито и смеси молекулярных сит. Молекулярные сита могут быть цеолитными (цеолиты) или нецеолитными (нецеолиты). Подходящие катализаторы могут быть также приготовлены из смесей цеолитных и нецеолитных молекулярных сит. В целесообразном варианте катализатор включает нецеолитное молекулярное сито. Целесообразные для применения в реакции превращения оксигената в олефины молекулярные сита включают молекулярные сита с малыми и средними порами. Молекулярные сита с малыми порами определяют как молекулярные сита с порами, обладающими диаметрами меньше примерно 5,0 А. Молекулярные сита со средними порами определяют как молекулярные сита с порами, обладающими диаметрами от примерно 5,0 до примерно 10,0 А.
Эффективные цеолитные молекулярные сита включают, хотя ими их список не ограничен, морденит, шабазит, эрионит, Ζ8Μ-5, Ζ8Μ-34, Ζ8Μ-48 и их смеси. Методы получения этих молекулярных сит в данной области техники известны, и в настоящем описании в обсуждении не нуждаются. Структурные типы молекулярных сит с малыми порами, которые приемлемы для применения при выполнении настоящего изобретения, включают ΑΕΙ, ЛЕТ, АРС, ΑΤΝ, АТТ, АТУ, Λ\ν\ν. ΒΙΚ, СА8, СНА, СН1, ЭЛС. ΌΌΒ, ΕΌΙ, ЕШ, 600, ΚΕΙ, ЬЕУ, Ь0У, ЬТЛ, ΜΟΝ, РАИ, РН1, КН0, КОС, ТН0 и их замещенные формы. Структурные типы молекулярных сит со средними порами, которые приемлемы для применения при выполнении настоящего изобретения, включают ΜΕΙ, ΜΕΕ, Μ^ν, ЕИ0, ΜΠ, НЕИ, ЕЕК, АЕ0, АЕЬ, ΤΟN и их замещенные формы.
Кремнеалюмофосфаты (8АР0) составляют одну группа нецеолитных молекулярных сит, которые можно использовать в реакции превращения оксигената в олефины. 8АР0 обладают микропористой кристаллической структурой с трехмерным каркасом из тетраэдрических звеньев [8102], [А102] и [РО2]. Путь, по которому δί вводят в структуру, можно определить 2981 ЯМР-анализом с использованием вращения под магическим углом (см. работу В1аск\те11 апб РаДои, ЕРкук.Скет., 92, 3965 (1988)). Целевые 8АР0 молекулярные сита обычно проявляют один или несколько пиков при 2981 ЯМР-анализе с химическим сдвигом [(81)] в диапазоне от -88 до -96 част./млн и с объединенной площадью под пиком в этом диапазоне по меньшей мере 20% от общей площади под пиком для всех пиков с химическим сдвигом [(81)] в диапазоне от -88 до -115 част./млн, где химические сдвиги [(81)] относятся к внешнему тетраметилсилану (ТМС).
Необходимо, чтобы кремнеалюмофосфатное молекулярное сито, используемое в таком процессе, обладало относительно низким соотношением 81/А12. Обычно чем ниже соотношение 81/А12, тем ниже селективность к насыщенным С1-С4 соединениям, в особенности селективность к пропану. Целесообразное значение соотношения 81/А12 составляет меньше 0,65, значение соотношения 81/А12 не больше 0,40 предпочтительно, а значение соотношения 81/А12 не больше 0,32 особенно предпочтительно.
Кремнеалюмофосфатные молекулярные сита обычно классифицируют как являющиеся микропористыми материалами, обладающими 8-, 10- или 12-членными кольцевыми структурами. Эти кольцевые структуры могут обладать средними размерами пор в интервале примерно от 3,5 до 15 А. Предпочтительными являются 8АР0 молекулярные сита с малыми порами, обладающие средними размерами пор в интервале от примерно 3,5 до 5 А, более предпочтительно от 4,0 до 5,0 А. Эти размеры пор являются типичными для молекулярных сит, обладающих 8-членными кольцами.
Обычно кремнеалюмофосфатные молекулярные сита включают молекулярный каркас из угловых обобществленных тетраэдрических звеньев [8102], [А102] и [РО2]. Каркас этого типа оказывается эффективным при превращении различных оксигенатов в олефиновые продукты.
Приемлемые для применения в процессе превращения оксигенатов в олефины кремнеалюмофосфатные молекулярные сита включают 8АР0-5, 8АР0-8, 8АР0-11, 8АР0-16, 8АР0-17, 8АР0-18, 8АР0
- 27 013380
20, 8ΆΡΘ-31, 8ΆΡΘ-34, 8ΆΡΘ-35, 8ΆΡΘ-36, 8ΆΡΘ-37, 8ΆΡΘ-40, 8ΆΡΘ-41, 8ΆΡΘ-42, 8ΆΡΘ-44, 8ΆΡΘ-47, БАРО-56, их металлсодержащие формы и смеси. Таким образом, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор, регенерированный регенератором катализатора, необязательно содержит частицы молекулярного сита, выбранные из группы, включающей 8ΑΡΟ-5, 8ΑΡΟ-8, 8ΑΡΟ-11, 8ΑΡΟ-16, 8ΑΡΟ17, 8ΑΡΟ-18, 8ΑΡΟ-20, 8ΑΡΟ-31, 8ΑΡΟ-34, 8ΑΡΟ-35, 8ΑΡΟ-36, 8ΑΡΟ-37, 8ΑΡΟ-40, 8ΑΡΟ-41, 8ΑΡΟ-42, 8ΑΡΟ-44, 8ΑΡΟ-47, 8ΑΡΟ-56, их металлсодержащие варианты, их сросшиеся формы и их смеси. Предпочтительными являются 8ΑΡΟ-18, 8ΑΡΟ-34, 8ΑΡΟ-35, 8ΑΡΟ-44 и 8ΑΡΟ-47, в частности 8ΑΡΟ-18 и 8ΑΡΟ-34, включая их металлсодержащие формы и их смеси. Использованное в настоящем описании понятие смесь является синонимом слова сочетание и обозначает рассматриваемую композицию, обладающую двумя или большим числом компонентов в варьируемых пропорциях независимо от их физического состояния.
В предпочтительном варианте, по меньшей мере, частично закоксованный катализатор, который подают в регенератор катализатора, обладает размером частиц б50 от примерно 20 до примерно 200 мкм. Размер частиц бх означает, что х объемных процентов частиц составленной каталитической композиции обладают диаметром частиц не больше значения бх. Придерживаясь этого определения, распределение частиц по размерам (РЧР), используемое для установления значения бх, определяют с применением хорошо известных методов по рассеянию лазерного излучения с помощью анализатора размеров частиц М1сго!гас модели 3000 фирмы М1сго!гас, 1пс. (Клеаруотер, шт.Флорида). Понятие диаметр частиц, используемое в настоящем описании, служит для обозначения диаметра определенной сферической частицы или эквивалентного диаметра несферических частиц, как это устанавливают по рассеянию лазерного излучения с помощью анализатора размеров частиц Мюго!гас модели 3000.
При необходимости с кремнеалюмофосфатным катализатором можно смешивать дополнительные обеспечивающие образование олефинов материалы молекулярных сит. Существуют молекулярные сита нескольких типов, каждый из которых проявляет своеобразные свойства. Структурные типы молекулярных сит с малыми порами, которые приемлемы для применения при выполнении настоящего изобретения, включают ΑΕΙ, ΑΡΤ, ΑΡΟ, ΑΤΝ, ΑΤΤ, ΑΤν, ΑΑΑ, ΒΙΚ, СΑБ, СНА, СН1, ΌΑΟ, ΌΌΒ, ΕΌΙ, ΕΒΙ, ΟΟΟ, ΚΡΙ, ΕΕν, ΕΟν, ΕΤΑ, ΜΟΝ, ΡΑυ, ΡΗΙ, ΒΗΟ, ΒΟΟ, ΤΗΟ и их замещенные формы. Структурные типы молекулярных сит со средними порами, которые приемлемы для применения при выполнении настоящего изобретения, включают ΜΡΙ, МЕЬ, ΜΤΑ, ΕυΟ, МТТ, ΗΕυ, ΡΕΒ, ΑΡΟ, ΑΕΕ, ΤΟΝ и их замещенные формы. Предпочтительные молекулярные сита, которые можно объединять с кремнеалюмофосфатным катализатором, включают 2БМ-5, 2БМ-34, эрионит и шабазит.
Замещенные БΑΡΟ образуют класс молекулярных сит, известных как сита ΜеΑΡБΟ, которые могут быть также использованы при выполнении настоящего изобретения. Способы получения сит ΜеΑΡБΟ в данной области техники известны. Сита БΑΡΟ с заместителями, такие как сита ΜеΑΡБΟ, также могут быть приемлемыми для применения при выполнении настоящего изобретения. Приемлемые заместители Ме включают, но ими нет необходимости ограничиваться, никель, кобальт, марганец, цинк, титан, стронций, магний, барий и кальций. Заместители можно вводить во время синтеза сит ΜеΑΡБΟ. По-другому заместители можно вводить после синтеза сит БΑΡΟ или ΜеΑΡБΟ с использованием многих методов. Эти методы включают, но ими нет необходимости ограничиваться, ионообмен, пропитку до начальной влажности, сухое смешение, мокрое смешение, механическое смешение и их сочетания.
Целевые сита ΜеΑΡБΟ представляют собой сита ΜеΑΡБΟ с малыми порами, обладающие размерами пор меньше примерно 5 А. Сита ΜеΑΡБΟ с малыми порами включают, но ими нет необходимости ограничиваться, N^БΑΡΟ-34, СоБΑΡΟ-34, N^БΑΡΟ-17, СоБΑΡΟ-17 и их смеси.
Алюмофосфаты (ΑΕΡΟ) с заместителями, также известные как сита МеАРО, составляют другую группу молекулярных сит, которые могут быть приемлемыми для применения в реакции превращения оксигената в олефин, причем целевые сита МеАРО представляют собой сита МеАРО с малыми порами. Способы получения сит МеАРО в данной области техники известны. Приемлемые заместители включают, но ими нет необходимости ограничиваться, никель, кобальт, марганец, цинк, титан, стронций, магний, барий и кальций. Заместители можно вводить во время синтеза сит МеАРО. По-другому заместители можно вводить после синтеза сит ΑΕΡΟ или МеАРО с использованием многих методов. Эти методы включают, но ими нет необходимости ограничиваться, ионообмен, пропитку до начальной влажности, сухое смешение, мокрое смешение, механическое смешение и их сочетания.
Молекулярное сито может быть также введено в твердую композицию, предпочтительно в твердые частицы, в которых молекулярное сито содержится в количестве, эффективном для катализа целевой реакции превращения. Твердые частицы могут включать каталитически эффективное количество молекулярного сита и матричный материал, предпочтительно по меньшей мере один из материала наполнителя и материала связующего вещества, с достижением у твердой композиции целевого свойства или свойств, например целевого разбавления катализатора, механической прочности и т. п. Такие матричные материалы по природе часто являются в некоторой степени пористыми и часто обладают в определенной мере неселективной каталитической активностью, содействуя образованию нежелательных продуктов, и могут оказаться или не быть эффективными для содействия целевому химическому превращению. Такие
- 28 013380 матричные, например наполнительные и связующие, материалы включают, например, синтетические и встречающиеся в природе вещества, оксиды металлов, глины, диоксиды кремния, оксиды алюминия, диоксид кремния/оксиды алюминия, диоксид кремния/оксиды магния, диоксид кремния/диоксиды циркония, диоксид кремния/диоксиды тория, диоксид кремния/оксиды бериллия, диоксид кремния/диоксиды титана, диоксид кремния/оксид алюминия/диоксиды тория, диоксид кремния/оксид алюминия/диоксиды циркония и смеси этих материалов.
Твердая каталитическая композиция в предпочтительном варианте включает от примерно 1 до примерно 99%, более предпочтительно от примерно 5 до примерно 90%, а еще более предпочтительно от примерно 10 до примерно 80 мас.% молекулярного сита и в количестве от примерно 1 до примерно 99%, более предпочтительно от примерно 5 до примерно 90%, а еще более предпочтительно от примерно 10 до примерно 80 мас.% матричного материала.
Приготовление твердых каталитических композиций, например твердых частиц, включающих молекулярное сито и матричный материал, является обычным и хорошо известным в данной области техники и, следовательно, в настоящем описании подробно не обсуждается.
Катализатор дополнительно может содержать связующие вещества, наполнители или другой материал для достижения улучшенных каталитических эксплуатационных свойств, сопротивления истиранию, способности к регенерированию и других целевых свойств. В целесообразном варианте катализатор в реакционных условиях способен псевдоожижаться. Катализатор должен обладать размерами частиц от примерно 5 до примерно 3000 мкм, целесообразно от примерно 10 до примерно 200 мкм, а более целесообразно от примерно 20 до примерно 150 мкм. Катализатор может быть подвергнут разнообразным обработкам для достижения целевых физических и химических характеристик. Такие обработки включают, но ими нет необходимости ограничиваться, кальцинирование, измельчение в шаровой мельнице, помол, дробление, распылительную сушку, гидротермическую обработку, обработку кислотой, обработку основанием и их сочетания.
В целесообразном варианте в реакции превращения оксигената в олефин, проводимой в одном или нескольких АПУ, применяют скорость подачи газа на единицу сечения потока или приведенную скорость в вертикальных трубных реакторах больше 1 м/с (метра в секунду). Используемое в настоящем описании и в формуле изобретения понятие приведенная скорость определяют как объемную скорость потока испаренного исходного материала и любого разбавителя, деленную на открытую площадь поперечного сечения реактора. Поскольку оксигенат превращают в продукт, включающий легкий олефин, при одновременном истечении через реактор, скорость подачи газа на единицу сечения потока можно варьировать в разных местах внутри реактора в зависимости от общего числа молей содержащегося газа и поперечного сечения на конкретном участке в реакторе, температуры, давления и других имеющих отношение к реакции параметров. Скорость подачи газа на единицу сечения потока, включающего все разбавители, содержащиеся в исходном материале, в любой точке в реакторе поддерживают на уровне больше 1 м/с (метра в секунду). В целесообразном варианте скорость подачи газа на единицу сечения потока превышает примерно 2 м/с. Более целесообразная скорость подачи газа на единицу сечения потока превышает примерно 2,5 м/с. Еще более целесообразная скорость подачи газа на единицу сечения потока превышает примерно 4 м/с. Наиболее целесообразная скорость подачи газа на единицу сечения потока превышает примерно 8 м/с.
Поддержание скорости подачи газа на единицу сечения потока на таких уровнях содействует приближению к характеристикам поршневого режима потоков газов, движущихся в вертикальных трубных реакторах. Когда скорость подачи газа на единицу сечения потока увеличивается и превышает 1 м/с, вследствие уменьшения внутренней рециркуляции твердых частиц, которые переносит с собой газ, происходит уменьшение аксиальной диффузии или обратного смешения газов. (Идеальные характеристики поршневого режима потока проявляются, когда элементы гомогенного текучего реагента движутся через реактор как поршни, перемещающиеся параллельно оси реактора).
Сведение к минимуму обратного смешения газов в реакторе повышает селективность в отношении реакции превращения оксигената в целевые легкие олефины.
Когда скорость подачи газа на единицу сечения потока приближается к 1 м/с или выше, уносу с газом, выходящим из вертикальных трубных реакторов, может подвергаться существенная часть катализатора в реакторе. По меньшей мере часть катализатора, выходящего из вертикальных трубных реакторов, возвращают для повторного контактирования с исходным материалом (благодаря возврату катализатора).
В целесообразном варианте количество катализатора, включающего молекулярное сито и все другие материалы, такие как связующие вещества, наполнители и т.д., возвращаемого для повторного контактирования с исходным материалом, составляет от примерно 1 до примерно 100 крат, более целесообразно от примерно 10 до примерно 80 крат, а наиболее целесообразно от примерно 10 до примерно 50 крат, от общего количества исходного материала в пересчете на массу оксигенатов в реакторе.
Температура, при которой оксигенаты можно превращать в легкие олефины, варьируется в широком интервале, по меньшей мере, отчасти зависящем от катализатора, доли регенерированного катализатора в катализаторной смеси и конфигурации реакционного аппарата и реактора. Хотя такие способы не
- 29 013380 ограничиваются конкретными температурами, наилучшие результаты получают, если процесс проводят при температуре от примерно 200 до примерно 1000°С, более предпочтительно от примерно 200 до примерно 700°С, целесообразно от примерно 250 до примерно 600°С, а наиболее целесообразно от примерно 300 до примерно 550°С. Следствием более низких температур обычно являются более низкие скорости реакции, и может стать заметно более низкой скорость образования целевых легких олефиновых продуктов. Однако при температурах выше 700°С процесс может протекать без образования оптимального количества легких олефиновых продуктов, а скорость, с которой на катализаторе образуются кокс и легкие насыщенные соединения, может стать чрезмерно высокой.
Легкие олефины обычно образуются (хотя и необязательно в оптимальных количествах) в широком диапазоне давлений, включая, хотя этим он не ограничен, давления от примерно 0,1 кПа до примерно 5 МПа. Целевое давление составляет от примерно 5 кПа до примерно 1 МПа, а наиболее целесообразно от примерно 20 до примерно 500 кПа. Указанные выше давления не включают давление разбавителя, если он имеется, и относятся к парциальному давлению исходного материала, насколько это касается оксигенатных соединений и/или их смесей. Можно создавать давления, выходящие за указанные диапазоны, и поэтому из объема изобретения они не исключаются. Более низкие и более высокие, чем крайние значения давления, могут негативно повлиять на селективность, степень превращения, скорость закоксовывания и/или скорость реакции, однако легкие олефины все еще образуются, и по этой причине такие экстремальные давления рассматривают как часть настоящего изобретения.
При выполнении настоящего изобретения для реакции превращения оксигената используют широкий интервал значений ССПС, определяемых как масса всего оксигената, направляемого в вертикальные трубные реакторы, в час на массу молекулярного сита в катализаторе, находящемся в вертикальных трубных реакторах. Весь оксигенат, направляемый в вертикальные трубные реакторы, включает весь оксигенат как в паровой, так и жидкой фазе. Хотя катализатор может включать другие материалы, которые действуют как инертные вещества, наполнители или связующие вещества, ССПС рассчитывают с использованием только массы молекулярного сита в катализаторе, находящемся в вертикальных трубных реакторах. Целесообразные значения ССПС являются достаточно высокими для поддержания катализатора в реакционных условиях и внутри конфигурации и конструкции реактора в псевдоожиженном состоянии. Значения ССПС обычно составляют от примерно 1 до примерно 5000 ч-1, целесообразно от примерно 2 до примерно 3000 ч-1, а наиболее целесообразно от примерно 5 до примерно 1500 ч-1. При создании настоящего изобретения было установлено, что проведение реакции превращения оксигената в олефины при ССПС больше 20 ч-1 уменьшает содержание метана в ассортименте продуктов реакции превращения. Таким образом, реакцию превращения целесообразно проводить при ССПС по меньшей мере примерно 20 ч-1. При превращении исходного материала, включающего метанол, диметиловый эфир или их смеси, целесообразное значение ССПС составляет по меньшей мере примерно 20 ч-1, а более целесообразное значение равно от примерно 20 до примерно 300 ч-1.
Способ получения предпочтительного олефинового продукта при выполнении настоящего изобретения может включать дополнительную стадию приготовления оксигенатных композиций из углеводородов, таких как нефть, уголь, битуминозный песчаник, сланец, биомасса и природный газ. Методы приготовления таких композиций в данной области техники известны. Эти методы включают ферментацию до спирта или простого эфира, получение синтез-газа, а затем превращение синтез-газа в спирт или простой эфир. Синтез-газ может быть получен по известным методам, таким как риформинг с водяным паром, автотермический риформинг и частичное окисление.
Специалисту в данной области техники известно также, что олефины, получаемые реакцией превращения оксигената в олефин по настоящему изобретению, могут быть полимеризованы с получением полиолефинов, в частности полиэтилена и полипропилена. Способы получения полиолефинов из олефинов в данной области техники известны. Предпочтительны каталитические способы. Особенно предпочтительны каталитические системы на основе металлоценов, катализаторов Циглера-Натта и кислот (см., например, патенты И8 3258455, 3305538, 3364190, 5892079, 4659685, 4076698, 3645992, 4302565 и 4243691, причем описание каждого из катализаторов и способов в этих публикациях специально включено в настоящее описание в качестве ссылки). Обычно эти способы включают введение олефинового продукта в контакт с образующим полиолефин катализатором под давлением и при температуре, которые эффективны для образования полиолефинового продукта.
Предпочтительным образующим полиолефин катализатором является металлоценовый катализатор. Предпочтительный для проведения процесса температурный диапазон находится в пределах от 50 до 240°С, и такую реакцию можно проводить под низким, средним или высоким давлением, которое находится в интервале от примерно 1 до 200 бар. Для проведения процессов в растворе можно использовать инертный разбавитель, а предпочтительное рабочее давление находится в интервале от 10 до 150 бар, причем предпочтительный температурный диапазон находится в пределах от 120 до 230°С. При проведении газофазных процессов предпочтительная температура обычно находится в интервале от 60 до 160°С, а предпочтительное рабочее давление находится в пределах от 5 до 50 бар.
В дополнение к полиолефинам, из олефинов, получаемых согласно способу по настоящему изобретению, или олефинов, выделяемых таким образом, может быть получено множество других олефиновых
- 30 013380 производных. Они включают, хотя ими их список не ограничен, альдегиды, спирты, уксусную кислоту, линейные альфа-олефины, винилацетат, этилендихлорид и винилхлорид, этилбензол, этиленоксид, этиленгликоль, кумол, изопропиловый спирт, акролеин, аллилхлорид, пропиленоксид, акриловую кислоту, этилен-пропиленовые каучуки, а также акрилонитрил, тримеры и димеры этилена, пропилена и бутиленов. Методы получения этих производных в данной области техники хорошо известны, поэтому в настоящем описании они не обсуждаются.
Примеры
Сущность настоящего изобретения становится более понятной, если принять во внимание следующие неограничивающие примеры.
Примеры 1 и 2.
В примерах 1 и 2 популяцию каталитических частиц, характеризовавшуюся низким содержанием мелочи, псевдоожижали в реакторе с псевдоожиженным слоем при скорости в сосуде 0,15 фут/с. Реактор с псевдоожиженным слоем в общем обладал формой, проиллюстрированной на фиг. 4, но были предусмотрены барботер и внешние разделительные устройства. Пример 1 включал в плотной фазе 2 препятствующих элемента в стиле решетки метрополитена такого типа, как показанная на фиг. 4, а пример 2 включал в плотной фазе 1 препятствующий элемент в стиле решетки метрополитена такого типа, как показанная на фиг. 4. Конкретные распределения частиц по размерам в примерах 1 и 2 были следующими.
Таблица I. Низкое содержание мелочи РЧР
В этих примерах результаты измерения падения давления в динамическом слое получали в течение периода времени от 0 до 1200 с. Результаты примера 1, представленные на фиг. 6, показывают, что колебания давления в псевдоожиженном слое, когда предусматривали две отбойные перегородки, составляли примерно +/- 1 дюйм водяного столба. Эти данные в общем демонстрируют хорошее псевдоожижение, поскольку уменьшенные колебания давления обычно соответствуют улучшенному псевдоожижению (лопается меньше пузырьков), несмотря на низкое содержание мелочи. Достигали плотности псевдоожижения 42 фунт/фут3.
Результаты примера 2, представленные на фиг. 7, показывают, что колебания давления в псевдоожиженном слое, когда предусматривали одну отбойную перегородку, составляли примерно +/- 2-3 дюйма водяного столба, отражая в общем ухудшенное псевдоожижение. Плотность псевдоожижения составляла 42 фунт/фут3.
Пример 3.
В примере 3 популяцию каталитических частиц, характеризовавшуюся низким содержанием мелочи, псевдоожижали в реакторе с псевдоожиженным слоем при скорости в сосуде 0,5 фут/с. Реактор с псевдоожиженным слоем в общем обладал формой, проиллюстрированной на фиг. 5, и 6 слоями препятствующих элементов в форме перевернутой литеры У типа навеса, но были предусмотрены барботер и внешние разделительные устройства. Конкретное распределение частиц по размерам было таким, как это продемонстрировано выше в табл. I.
В этом примере результаты измерения падения давления в динамическом слое получали в течение периода времени от 0 до 1200 с. Результаты примера 3, представленные на фиг. 8, показывают, что колебания давления в псевдоожиженном слое составляли примерно +/- 0,5-1,0 дюйма водяного столба. Это означает особенно хорошее псевдоожижение, несмотря на низкое содержание мелочи.
Пример 4.
Пример 4 является сравнительным примером, в котором популяцию каталитических частиц, характеризовавшуюся низким содержанием мелочи, псевдоожижали в реакторе с псевдоожиженным слоем при скорости в сосуде 0,15 фут/с. Реактор с псевдоожиженным слоем не содержал каких-либо препятствующих элементов. Конкретное распределение частиц по размерам было таким, как это продемонстрировано выше в табл. I.
В этом примере результаты измерения падения давления в динамическом слое получали в течение периода времени от 0 до 1200 с. Результаты примера 4, представленные на фиг. 9, показывают, что колебания давления в псевдоожиженном слое составляли примерно +/- 4,0-5,0 дюйма водяного столба. Это означает очень плохое псевдоожижение вследствие низкого содержания мелочи.
- 31 013380
Пример 5.
Пример 5 является другим сравнительным примером, в котором популяцию каталитических частиц, характеризовавшуюся содержанием мелочи примерно от 8 до 12 мас.%, псевдоожижали в реакторе с псевдоожиженным слоем при скорости в сосуде 0,07 фут/с. Реактор с псевдоожиженным слоем не содержал каких-либо препятствующих элементов.
В этом примере результаты измерения падения давления в динамическом слое получали в течение периода времени от 0 до 1200 с. Результаты примера 5, представленные на фиг. 10, показывают, что колебания давления в псевдоожиженном слое составляли примерно +/- 0,5-1,0 дюйма водяного столба. Это означает особенно хорошее псевдоожижение благодаря наличию мелочи.
Принципы и разновидности проведения процесса по настоящему изобретению описаны выше со ссылкой на различные иллюстративные и предпочтительные варианты. Для специалистов в данной области техники очевидно, что изобретение в целом, как это определено формулой изобретения, охватывает и другие предпочтительные варианты, конкретно в настоящем описании не перечисленные.

Claims (10)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ псевдоожижения каталитических частиц, в котором псевдоожижают множество частиц, обладающих значением б2, большим 40 мкм, и значением б90, большим 44 мкм, в реакторе или регенераторе, внутри которого размещен по меньшей мере один препятствующий элемент для организации движения частиц по извилистому пути вокруг указанного элемента в фазе плотного слоя при колебании давления внутри плотного слоя не больше 1,0 дюйма (2,54 см) водяного столба и при приведенной скорости в плотном слое не больше 5 футов/с (1,5 м/с).
  2. 2. Способ по п.1, в котором плотность плотного слоя составляет от 10 фунтов/фут3 (160,2 кг/м3) до 50 фунтов/фут3 (800,9 кг/м3).
  3. 3. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором в реакторе или регенераторе размещены по меньшей мере два препятствующих элемента.
  4. 4. Способ по п.3, в котором в реакторе или регенераторе два препятствующих элемента размещены со смещением относительно друг друга.
  5. 5. Способ по п.1, в котором каталитические частицы характеризуются значением б2, большим 50 мкм.
  6. 6. Способ по п.5, в котором каталитические частицы характеризуются значением б2, большим 60 мкм.
  7. 7. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором реактор или регенератор включает реакционную зону и разделительную зону и внутри реакционной зоны находится плотный слой.
  8. 8. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором один или несколько препятствующих элементов размещены внутри разделительной зоны реактора или регенератора, по меньшей мере, для частичного препятствия движению вверх уносимого катализатора.
  9. 9. Способ по п.8, в котором плотный слой образуется менее чем на 2 м ниже одного или нескольких препятствующих элементов.
  10. 10. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором реактор или регенератор обладает по меньшей мере двумя препятствующими элементами, при этом препятствующий элемент имеет плоскую поверхность с отверстиями, причем открытая площадь составляет более 50%, или включает отбойные перегородки, которые перекрывают от 20 до 80% общей площади поперечного сечения псевдоожиженного слоя.
EA200701372A 2004-12-30 2005-12-02 Псевдоожижение популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи EA013380B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US64061504P 2004-12-30 2004-12-30
US11/143,390 US7829030B2 (en) 2004-12-30 2005-06-02 Fluidizing a population of catalyst particles having a low catalyst fines content
PCT/US2005/043840 WO2006073648A1 (en) 2004-12-30 2005-12-02 Fluidizing a population of catalyst particles having a low catalyst fines content

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200701372A1 EA200701372A1 (ru) 2008-02-28
EA013380B1 true EA013380B1 (ru) 2010-04-30

Family

ID=36128294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200701372A EA013380B1 (ru) 2004-12-30 2005-12-02 Псевдоожижение популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7829030B2 (ru)
EP (1) EP1833946B1 (ru)
EA (1) EA013380B1 (ru)
WO (1) WO2006073648A1 (ru)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101460473A (zh) 2006-04-03 2009-06-17 药物热化学品公司 热提取方法和产物
WO2008097471A1 (en) * 2007-02-02 2008-08-14 Shivvers Steve D High efficiency drier with multi stage heating and drying zones
US7905990B2 (en) 2007-11-20 2011-03-15 Ensyn Renewables, Inc. Rapid thermal conversion of biomass
US8435452B2 (en) * 2010-02-23 2013-05-07 Exxonmobil Research And Engineering Company Circulating fluid bed reactor with improved circulation
US20110284359A1 (en) 2010-05-20 2011-11-24 Uop Llc Processes for controlling afterburn in a reheater and for controlling loss of entrained solid particles in combustion product flue gas
US9149778B2 (en) 2010-05-24 2015-10-06 Extundo Incorporated Device and method for dispensing catalyst pellets
US9138709B2 (en) 2010-05-24 2015-09-22 Extundo Incorporated Device and method for dispensing pellets
KR20130077842A (ko) 2010-05-24 2013-07-09 엑스턴도 인코포레이티드 반응기 용기에 촉매를 로딩하는 장치
US8499702B2 (en) 2010-07-15 2013-08-06 Ensyn Renewables, Inc. Char-handling processes in a pyrolysis system
US20120137939A1 (en) * 2010-12-06 2012-06-07 Uop Llc Processes and systems for producing heat for rapid thermal processing of carbonaceous material
US9441887B2 (en) 2011-02-22 2016-09-13 Ensyn Renewables, Inc. Heat removal and recovery in biomass pyrolysis
US8841495B2 (en) * 2011-04-18 2014-09-23 Gas Technology Institute Bubbling bed catalytic hydropyrolysis process utilizing larger catalyst particles and smaller biomass particles featuring an anti-slugging reactor
US9347005B2 (en) 2011-09-13 2016-05-24 Ensyn Renewables, Inc. Methods and apparatuses for rapid thermal processing of carbonaceous material
US9044727B2 (en) 2011-09-22 2015-06-02 Ensyn Renewables, Inc. Apparatuses and methods for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material
US10041667B2 (en) 2011-09-22 2018-08-07 Ensyn Renewables, Inc. Apparatuses for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material and methods for the same
US10400175B2 (en) 2011-09-22 2019-09-03 Ensyn Renewables, Inc. Apparatuses and methods for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material
US9109177B2 (en) 2011-12-12 2015-08-18 Ensyn Renewables, Inc. Systems and methods for renewable fuel
US9023286B2 (en) * 2012-03-23 2015-05-05 Uop Llc MTO regenerator multi-pass grids
WO2013184434A2 (en) * 2012-06-06 2013-12-12 Extundo Incorporated Device and method for dispensing catalyst pellets
US9670413B2 (en) 2012-06-28 2017-06-06 Ensyn Renewables, Inc. Methods and apparatuses for thermally converting biomass
US9187333B2 (en) * 2012-08-21 2015-11-17 Corning Incorporated Carbon activation in a microwave fluidized bed process
US8968693B2 (en) * 2012-08-30 2015-03-03 Honeywell International Inc. Internal cyclone for fluidized bed reactor
US9873641B2 (en) * 2013-03-29 2018-01-23 Uop Llc Reactor multi-pass grids for improved catalyst hydrodynamics
US9205393B2 (en) * 2013-03-29 2015-12-08 Uop Llc Reactor multi-pass grids for improved catalyst hydrodynamics
WO2014210150A1 (en) 2013-06-26 2014-12-31 Ensyn Renewables, Inc. Systems and methods for renewable fuel
WO2016057301A1 (en) * 2014-10-10 2016-04-14 Exxonmobil Research And Engineering Company Apparatus and process for producing gasoline, olefins and aromatics from oxygenates
CN104826559B (zh) * 2015-05-05 2016-11-16 中国石油大学(北京) 甲醇制烯烃反应设备
RU2601002C1 (ru) * 2015-08-20 2016-10-27 Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор" Реактор для дегидрирования парафиновых углеводородов c3-c5
EP3337966B1 (en) 2015-08-21 2021-12-15 Ensyn Renewables, Inc. Liquid biomass heating system
US9597652B1 (en) * 2015-09-30 2017-03-21 Dow Global Technologies Llc Catalyst regenerator and a riser terminator used therein
CN106582459B (zh) * 2015-10-15 2019-07-09 中国石油化工股份有限公司 流化床反应器和制备低碳烯烃的装置以及制备低碳烯烃的方法
JP2018535092A (ja) * 2015-11-24 2018-11-29 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイＳｈｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｍａａｔｓｃｈａｐｐｉｊ Ｂｅｓｌｏｔｅｎ Ｖｅｎｎｏｏｔｓｈａｐ 粒子離脱デバイス
EP3565664A4 (en) 2016-12-29 2020-08-05 Ensyn Renewables, Inc. LIQUID BIOMASS DEMETALLIZATION
DE112018000045T5 (de) * 2017-01-19 2019-02-28 Tokuyama Corporation Innenbauteil, Fließbettreaktor und Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan
EP3582887B1 (en) * 2017-02-20 2023-08-09 Nous, Llc Fluidized bed system
US20220180733A1 (en) * 2020-01-10 2022-06-09 Daniel McNicholas Vapor displacement refueling including data communications
CN114425278B (zh) * 2020-10-15 2023-04-07 中国石油化工股份有限公司 一种生产低碳烯烃的装置和方法及应用
FR3117895B1 (fr) * 2020-12-23 2024-03-01 Total Raffinage Chimie Enceinte de separation et de stripage avec une grille de filtration de debris
WO2023278259A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-05 Dow Global Technologies Llc Chemical processing vessels having plate grid distributors and methods of operating the same

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3293171A (en) * 1963-12-16 1966-12-20 Exxon Research Engineering Co Fluidized bed operations
US3819679A (en) * 1971-10-20 1974-06-25 Badger Co Manufacture of unsaturated nitriles
US4385985A (en) * 1981-04-14 1983-05-31 Mobil Oil Corporation FCC Reactor with a downflow reactor riser
US4858144A (en) * 1986-02-19 1989-08-15 Bp Chemicals Limited Detection of anomalies in gas fluidized bed polymerization
EP0359843A1 (en) * 1987-07-07 1990-03-28 Uop Chemical conversion process
US6023005A (en) * 1997-07-03 2000-02-08 Exxon Chemicals Patents Inc. Process for converting oxygenates to olefins using molecular sieve catalysts comprising desirable carbonaceous deposits
US6301546B1 (en) * 1999-01-22 2001-10-09 Exxon Research And Engineering Company Process for detecting and monitoring changes in properties of fluidized bed solids by pressure difference fluctuation measurement

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2579834A (en) 1951-12-25 Moving catalyst conveesion system
US2420542A (en) 1942-12-24 1947-05-13 Standard Oil Dev Co Carrying out chemical reactions in the presence of finely-divided solids
US2573559A (en) 1948-06-21 1951-10-30 Phillips Petroleum Co Method for replacing deactivated hydrocarbon synthesis catalyst with fresh catalyst
BE538244A (ru) 1954-05-20 1955-11-18
GB849929A (en) 1956-08-20 1960-09-28 Phillips Petroleum Co Improved method and apparatus for catalyst activation
US3919679A (en) * 1974-08-21 1975-11-11 Texas Instruments Inc Time-delay switch
US4138219A (en) 1977-07-05 1979-02-06 Texaco Inc. Apparatus for the regeneration of solid catalyst
GB1562571A (en) 1978-01-26 1980-03-12 Melik Akhnazarov Others regeneration of hydrocarbon cracking catalyst
US4435282A (en) 1981-01-16 1984-03-06 Standard Oil Company, (Indiana) Catalytic cracking using a cracking catalyst in admixture with particles of platinum group metal or rhenium on a substrate regenerated to up to about 0.1% coke
CH647162A5 (de) * 1981-07-17 1985-01-15 Sulzer Ag Vorrichtung fuer fluessig-feststoff-wirbelschichten.
US4738829A (en) * 1984-05-08 1988-04-19 Chevron Research Company Apparatus for spent catalyst treating for fluidized catalytic cracking systems
FR2624762B1 (fr) 1987-12-21 1990-06-08 Total France Procede et dispositif de regeneration de catalyseur en lit fluidise
US4968404A (en) 1989-05-22 1990-11-06 Texaco Inc. Process for decoking fluid catalytic cracking catalyst
US5393412A (en) 1991-05-03 1995-02-28 Ashland Oil, Inc. Combination magnetic separation, classification and attrition process for renewing and recovering particulates
CA2122134C (en) 1991-10-30 2001-01-02 Hartley Owen A process for regenerating spent fluidized catalytic cracking catalyst
US5435972A (en) * 1992-10-22 1995-07-25 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fluidization quality analyzer for fluidized beds
US5273720A (en) * 1992-11-16 1993-12-28 Uop FCC stripper with shiftable baffles
RO114524B1 (ro) 1997-10-02 1999-05-28 Sc Zecasin Sa Procedeu de fabricare a oleofinelor cu greutate moleculara mica prin conversia catalitica in strat fluidizat a metanolului
US6245703B1 (en) 1998-04-29 2001-06-12 Exxon Mobil Chemical Patents Inc. Efficient method using liquid water to regenerate oxygenate to olefin catalysts while increasing catalyst specificity to light olefins
US6482999B2 (en) 1999-02-17 2002-11-19 Exxonmobil Chemical Patents, Inc. Method for improving light olefin selectivity in an oxygenate conversion reaction
US6503460B1 (en) 1999-03-17 2003-01-07 Kellogg Brown & Root, Inc. Staged catalyst regeneration in a baffled fluidized bed
US6166282A (en) 1999-08-20 2000-12-26 Uop Llc Fast-fluidized bed reactor for MTO process
US7101516B2 (en) 2000-07-21 2006-09-05 Shell Oil Company Regenerator
US6403854B1 (en) 2000-10-19 2002-06-11 Uop Llc Two-stage quench tower for use with oxygenate conversion process
US6673978B2 (en) * 2001-05-11 2004-01-06 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Process for making olefins
CN1248994C (zh) * 2001-07-02 2006-04-05 埃克森美孚化学专利公司 在烯烃生产中抑制催化剂焦炭形成
US7060866B2 (en) 2002-04-18 2006-06-13 Exxonmobil Chemical Patents Inc. High pressure separation of dimethyl ether from an olefin stream
US20030199721A1 (en) 2002-04-18 2003-10-23 Ding Zhong Y. Low pressure separation of dimethyl ether from an olefin stream
US7227048B2 (en) 2001-12-31 2007-06-05 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Converting oxygenates to olefins over a catalyst comprising acidic molecular sieve of controlled carbon atom to acid site ratio
US20030194356A1 (en) * 2002-04-11 2003-10-16 Meier Paul F. Desulfurization system with enhanced fluid/solids contacting
AU2002331671A1 (en) 2002-08-21 2004-03-11 Fluor Corporation Methods and configurations for catalyst regeneration
US20040064007A1 (en) 2002-09-30 2004-04-01 Beech James H. Method and system for regenerating catalyst from a plurality of hydrocarbon conversion apparatuses
US7083762B2 (en) 2002-10-18 2006-08-01 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Multiple riser reactor with centralized catalyst return
US7223896B2 (en) * 2004-04-29 2007-05-29 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Fines co-feed for maintaining efficient reactor hydrodynamics
US7214636B2 (en) 2003-08-22 2007-05-08 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Catalyst regenerator for reducing entrained catalyst loss
US7199278B2 (en) * 2004-07-30 2007-04-03 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Conversion of oxygenates to olefins
EP1888490B1 (en) * 2005-05-27 2011-07-06 ExxonMobil Chemical Patents Inc. Oxygenate-to-olefin conversions in a baffled reactor
US7744746B2 (en) * 2006-03-31 2010-06-29 Exxonmobil Research And Engineering Company FCC catalyst stripper configuration
US7914610B2 (en) * 2007-10-31 2011-03-29 Uop Llc Stripping process
US7972565B2 (en) * 2008-09-25 2011-07-05 Uop Llc Stripping apparatus with multi-sloped baffles

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3293171A (en) * 1963-12-16 1966-12-20 Exxon Research Engineering Co Fluidized bed operations
US3819679A (en) * 1971-10-20 1974-06-25 Badger Co Manufacture of unsaturated nitriles
US4385985A (en) * 1981-04-14 1983-05-31 Mobil Oil Corporation FCC Reactor with a downflow reactor riser
US4858144A (en) * 1986-02-19 1989-08-15 Bp Chemicals Limited Detection of anomalies in gas fluidized bed polymerization
EP0359843A1 (en) * 1987-07-07 1990-03-28 Uop Chemical conversion process
US6023005A (en) * 1997-07-03 2000-02-08 Exxon Chemicals Patents Inc. Process for converting oxygenates to olefins using molecular sieve catalysts comprising desirable carbonaceous deposits
US6301546B1 (en) * 1999-01-22 2001-10-09 Exxon Research And Engineering Company Process for detecting and monitoring changes in properties of fluidized bed solids by pressure difference fluctuation measurement

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006073648A1 (en) 2006-07-13
EP1833946A1 (en) 2007-09-19
US8097216B2 (en) 2012-01-17
US20060147355A1 (en) 2006-07-06
US7829030B2 (en) 2010-11-09
US20110020186A1 (en) 2011-01-27
EP1833946B1 (en) 2018-08-15
EA200701372A1 (ru) 2008-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA013380B1 (ru) Псевдоожижение популяции каталитических частиц, характеризующейся низким содержанием каталитической мелочи
US8299314B2 (en) Method and system for regenerating catalyst from a plurality of hydrocarbon conversion apparatuses
EP1556461B1 (en) Multiple riser reactor with centralized catalyst return
EA008696B1 (ru) Реактор с несколькими вертикальными трубами и объединенной транспортировкой
KR100793496B1 (ko) 다중 라이저 반응기
US9738835B2 (en) Process for performing a fischer tropsch reaction
US7396971B2 (en) Two stage hydrocarbon conversion reaction system
EA002261B1 (ru) Способ конверсии оксигенатов для получения легких олефинов
AU2001259243A1 (en) Multiple riser reactor
US7829750B2 (en) Fluidizing a population of catalyst particles having a low catalyst fines content
EA014261B1 (ru) Способ отделения газов от твердых частиц в реакционной системе газа/твердых частиц с использованием потока газа/твердых частиц
EA017526B1 (ru) Превращение оксигенатов под высоким давлением и с высокой производительностью с циклом воздействия на катализатор
KR20060015596A (ko) 가스 냉각기를 지닌 유동화 베드 반응기
US7214636B2 (en) Catalyst regenerator for reducing entrained catalyst loss
CN101094905B (zh) 使催化剂细粉末含量低的全体催化剂颗粒流态化
JP5276326B2 (ja) 固体／液体／気体の反応用の反応器

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM