ES2305562T3 - Reactor con multiples columnas ascendentes y transporte consolidado. - Google Patents

Reactor con multiples columnas ascendentes y transporte consolidado. Download PDF

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Abstract

Un aparato para la conversión de hidrocarburos, que comprende: una pluralidad de reactores elevadores, teniendo cada uno de los reactores elevadores un primer extremo en el cual se puede alimentar un catalizador y un segundo extremo a través del cual el catalizador puede salir de los reactores elevadores; una zona de separación provista para separar el catalizador de los productos de una reacción realizada en el aparato para la conversión de hidrocarburos; un conducto de transporte que se extiende hacia la zona de separación y que proporciona comunicación fluida entre los segundos extremos de al menos dos de los reactores elevadores y la zona de separación, en donde el área de sección transversal más pequeña del conducto de transporte varía de la suma de las áreas de sección transversal más pequeña de la pluralidad de reactores elevadores hasta en no más que 20 por ciento; y al menos un retorno de catalizador en comunicación fluida con la zona de separación y los primeros extremos de los reactores elevadores.

Description

Reactor con múltiples columnas ascendentes y transporte consolidado.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un reactor útil en procedimientos de conversión de hidrocarburos, y particularmente en reacciones de conversión de compuestos oxigenados en olefinas.
Antecedentes de la invención
Cuando se convierte una materia prima que contiene un hidrocarburo en un producto en un reactor industrial, es deseable maximizar la producción del producto o productos deseados, y controlar, típicamente minimizar, la producción de subproductos. Un tipo de reactor útil para realizar reacciones de conversión de hidrocarburos es un reactor de lecho fluidizado, en el que partículas catalíticas sólidas están suspendidas en un estado fluidizado durante el contacto con la materia prima y otros materiales en estado de vapor. Estos tipos de reactores tienen usualmente una geometría de reactor cilíndrica. Un método para reducir la producción de subproductos en un reactor de lecho fluidizado implica operar en un régimen de flujo hidrodinámico de tal modo que la velocidad gaseosa superficial alcanza una velocidad lo suficientemente alta para causar que el flujo neto de catalizador en el reactor fluya en la misma dirección que el flujo de la materia prima y otros vapores, es decir, la materia prima y otros vapores llevan esencialmente las partículas de catalizador junto con ellos. Estos regímenes de flujo son conocidos por los expertos en la técnica como regímenes de lecho fluidizado rápido y elevadores, más generalmente como régimen de transporte, y se prefieren en sistemas de reacción en los que se desea un tipo de reactor de flujo más de pistón.
En general, para un área de sección transversal dada de un reactor (que en una geometría de reactor cilíndrica es proporcional al diámetro, y más generalmente a una anchura característica o diámetro), la concentración de catalizador en un reactor de lecho fluidizado disminuye con una velocidad gaseosa superficial creciente. Las velocidades gaseosas superficiales superiores requieren generalmente reactores de alturas más altas para permitir que una cantidad dada de materia prima contacte con una cantidad requerida de catalizador. Estas velocidades gaseosas superficiales superiores requieren una relación de aspecto (la relación de la altura de un reactor a su diámetro o anchura característica) del reactor más alta. Además, en muchos casos es deseable hacer un reactor fluidizado con un área de sección transversal muy grande para permitir entradas muy grandes de materia prima en una instalación de reactor simple. Sin embargo, aumentar el diámetro del lecho fluido, particularmente en el régimen de transporte, también requiere una altura de reactor incrementada. Esta altura incrementada se necesita porque se requiere una cierta altura mínima de reactor, en términos de una relación de aspecto mínima, para conseguir un patrón de flujo totalmente desarrollado que se aproxime al comportamiento de reactor de flujo de pistón. En la salida y, particularmente, en la entrada de un reactor de lecho fluidizado con régimen de transporte, los efectos del momento de estado inestable dominan el comportamiento hidrodinámico (p.ej., la energía requerida para que los vapores de materia prima recojan y aceleren el catalizador sólido contra la fuerza de la gravedad) de una manera no propicia para obtener un comportamiento aproximado al flujo de pistón. Hasta que estos efectos del momento no sean disminuidos alargando la altura del reactor no surgirá un patrón de flujo fluido/sólido aproximadamente de pistón, bien comportado. Finalmente, si se deseara el uso de catalizadores de menor actividad en el régimen de transporte, las relaciones de aspecto también deben aumentar para proporcionar una conversión superior deseada de la materia prima.
Por desgracia, los reactores de lecho fluido de transporte con alta relación de aspecto son difíciles y caros de construir y mantener. Son caros porque deben tener un recipiente de separación muy grande, pesado, en la parte superior, a menudo lleno con un equipo pesado, para capturar y manejar el catalizador fluyente y el producto de reacción. Según aumenta en altura el reactor (relación de aspecto), se pueden requerir estructuras de soporte más caras. En ciertas regiones del mundo donde se da habitualmente un clima inclemente, especialmente ventoso, se requiere incluso más soporte estructural, y ciertas relaciones de aspecto no son económicas. En estas situaciones, se pueden requerir varios sistemas reactores independientes con recipientes de separación independientes. Con estos sistemas reactores múltiples, completos e independientes, viene acompañada una multiplicación de los costes.
La patente europea EP 0 844 021 describe un aparato para la conversión catalítica de sustancias orgánicas con un reactor de lecho fluido. La solicitud de patente internacional WO 01/85872 describe un reactor elevador múltiple.
Por tanto, en la técnica existe la necesidad de un reactor que pueda proporcionar la relación de aspecto deseada sin necesitar una altura poco manejable, que fuerza una anchura en la que puede que nunca se obtenga el régimen de flujo totalmente desarrollado deseado, o sin requerir sistemas reactores múltiples, independientes.
Compendio de la invención
Según la invención, se proporciona un aparato como se define en una cualquiera de las reivindicaciones acompañantes. En una realización, la presente invención proporciona una solución a la necesidad existente actualmente en la técnica, proporcionando un aparato para la conversión de hidrocarburos que comprende una pluralidad de reactores elevadores, de los cuales la salida es consolidada en uno o más conductos para el transporte a una zona de separación. Proporcionando una pluralidad de reactores elevadores, la anchura o diámetro del reactor de conversión de la materia prima puede ser reducido, y por tanto se puede mantener una relación de aspecto deseada, con su concurrente mayor acercamiento a un régimen de flujo totalmente desarrollado deseado, a una altura de reactor reducida y más manejable. Además, la invención proporciona la relación de aspecto apropiada para un reactor elevador dado sin la necesidad de sistemas reactores múltiples, independientes. Consolidando la salida de los elevadores múltiples en menos, y preferiblemente un único, conductos de transporte, la salida puede ser dirigida a una única zona de separación para su procesado.
Un aspecto de la presente invención está dirigido a un aparato para la conversión de hidrocarburos. El aparato para la conversión de hidrocarburos comprende lo siguiente: una pluralidad de reactores elevadores, teniendo cada uno de los reactores elevadores un primer extremo en el cual se puede alimentar un catalizador y un segundo extremo a través del cual el catalizador puede salir de los reactores elevadores; una zona de retención del catalizador provista para contener el catalizador que puede ser alimentado a los reactores elevadores; una zona de separación provista para separar el catalizador de los productos de una reacción realizada en el aparato para la conversión de hidrocarburos; al menos un conducto de transporte que tiene un primer extremo en comunicación fluida con los segundos extremos de los reactores elevadores y un segundo extremo que se extiende hacia la zona de separación; y un retorno de catalizador en comunicación fluida con la zona de separación y la zona de retención del catalizador. El aparato incluye opcionalmente un distribuidor de alimentación que incluye al menos una cabeza de alimentación posicionada de manera adyacente a cada uno de los primeros extremos de los reactores elevadores.
El siguiente aspecto no forma parte de la invención, pero está dirigido a otro aparato para la conversión de hidrocarburos que es útil para entender la invención. El aparato comprende lo siguiente: una pluralidad de reactores elevadores, teniendo cada uno de los reactores elevadores un primer extremo en el cual se puede alimentar un catalizador y un segundo extremo a través del cual el catalizador puede salir del reactor elevador; una zona de separación provista para separar el catalizador de los productos de una reacción realizada en el aparato para la conversión de hidrocarburos; al menos un conducto de transporte que tiene un primer extremo en comunicación fluida con los segundos extremos de los reactores elevadores y un segundo extremo que se extiende hacia la zona de separación; y al menos un retorno de catalizador en comunicación fluida con la zona de separación y los primeros extremos de los reactores elevadores, siendo el retorno de catalizador proporcionado para transferir el catalizador desde la zona de separación hasta los primeros extremos de los reactores elevadores.
Otro aspecto más de la presente invención está dirigido a un procedimiento de conversión de hidrocarburos. El procedimiento comprende las siguientes etapas: (a) alimentar un catalizador fluidizable y una alimentación a una pluralidad de reactores elevadores, siendo la pluralidad de reactores elevadores parte de un único aparato para la conversión de hidrocarburos; (b) poner en contacto la alimentación con el catalizador en la pluralidad de reactores elevadores bajo condiciones eficaces para convertir la alimentación en un producto; (c) consolidar el catalizador y el producto que salen de los reactores elevadores en uno o más conductos para el transporte a una zona de separación, en donde el área de sección transversal más pequeña del conducto varía de la suma de las áreas de sección transversal más pequeñas de la pluralidad de reactores elevadores hasta en no más que 20 por ciento; (d) separar el catalizador del producto en una zona de separación, estando la zona de separación en comunicación fluida con la pluralidad de reactores elevadores; y (e) retornar el catalizador desde la zona de separación hasta la pluralidad de reactores elevadores. Estas y otras ventajas de la presente invención llegarán a ser evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención, y los dibujos y reivindicaciones anexos.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 presenta una vista en sección transversal parcial de un aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención.
La Figura 2 presenta una vista en sección transversal parcial de otra realización del aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención.
La Figura 3 presenta una vista en sección transversal parcial de otra realización más del aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención.
La Figura 4 presenta una vista en sección transversal parcial de aún otra realización del aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención.
La Figura 5 presenta vistas en sección transversal de disposiciones y configuraciones representativas de los reactores elevadores y retornos de catalizador.
Descripción detallada de la invención
La Figura 1 presenta una vista en sección transversal parcial de un aparato 10 para la conversión de hidrocarburos de la presente invención. El aparato 10 comprende una pluralidad de reactores 20 elevadores, un distribuidor 30 de alimentación, un conducto 40 de transporte, un retorno 50 de catalizador y una carcasa 12 que incluye una zona 14 de separación.
Con referencia continua a la Fig. 1, la carcasa 12 forma una zona 14 de separación en la que un producto de la reacción de conversión de hidrocarburos es separado del catalizador que cataliza la reacción de conversión de hidrocarburos. La carcasa 12 incluye un primer extremo 16 y un segundo extremo 18. La zona 14 de separación puede contener adicionalmente uno o más dispositivos de separación, no mostrados, que se usan para separar los productos del catalizador. Se discuten más adelante dispositivos de separación útiles en asociación con la discusión de otras realizaciones de la presente invención. Alternativamente, los dispositivos de separación pueden estar posicionados externamente a la zona 14 de separación, es decir, fuera de la carcasa 12 del aparato 10 para la conversión de hidrocarburos. Además, se puede emplear una combinación de dispositivos de separación posicionados externamente e internamente.
Los reactores 20 elevadores están conectados con el conducto 40 de transporte mediante el dispositivo 46 de recogida. El conducto 40 se extiende hacia la carcasa 12 y hacia la zona 14 de separación. Extendiendo la combinación de reactores 20 elevadores y el conducto 40 hacia la carcasa 12 y la zona 14 de separación, la altura requerida para obtener la relación de aspecto deseada de una combinación reactor 20 elevador/conducto 40 dada es concurrente con al menos una parte de la altura requerida para la carcasa 12, la zona 14 de separación, y otros espacios asociados, reduciendo la altura total del reactor 10 para la conversión de hidrocarburos de la presente invención.
Cada reactor 20 elevador incluye un primer extremo 22 en el que el catalizador y la alimentación son introducidos para realizar la reacción de conversión de hidrocarburos. Cada reactor 20 elevador incluye además un segundo extremo 24 a través del cual el catalizador, los productos y la alimentación sin reaccionar, si hubiera, salen del reactor 20 elevador. El primer extremo 22 de cada reactor 20 elevador termina en una boca 26 a través de la cual el catalizador y la alimentación son alimentados en el reactor 20 elevador. El número de reactores 20 elevadores empleados en el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos varía dependiendo del procedimiento de conversión de hidrocarburos a ser realizado en el aparato 10. El aparato 10 puede incluir dos o más reactores 20 elevadores, incluyendo a menudo de cuatro a seis reactores tales.
El tamaño de los reactores 20 elevadores depende de parámetros tales como la velocidad gaseosa superficial, la hidrodinámica de los sólidos, la presión y la capacidad de producción del procedimiento de conversión de hidrocarburos deseado. En la presente invención, cada reactor 20 elevador tiene deseablemente una altura de 10 metros a 70 metros y una anchura (o diámetro) de un metro a tres metros. Todos los reactores 20 elevadores tienen una altura similar desde sus primeros extremos 22 a sus segundos extremos 24. Preferiblemente, las alturas de los reactores 20 elevadores varían hasta en no más que 20 por ciento, más preferiblemente no más que 10 por ciento y lo más preferiblemente no más que 1 por ciento, de un reactor 20 elevador a otro.
En la presente invención, cada uno de los reactores 20 elevadores tiene un área de sección transversal similar a lo largo de su longitud entera. Preferiblemente, cada uno de los reactores 20 elevadores tiene un área de sección transversal no mayor que 12 m^{2} en su sección transversal más pequeña. Más preferiblemente, cada uno de los reactores 20 elevadores tiene un área de sección transversal no mayor que 7 m^{2} y, lo más preferiblemente, no mayor que 3,5 m^{2}. Preferiblemente, las áreas de sección transversal de los reactores 20 elevadores varían hasta en no más que 20 por ciento de un reactor 20 elevador a otro. Más preferiblemente, varían hasta en no más que 10 por ciento y, lo más preferiblemente, hasta en no más que 1 por ciento. Si uno o más reactores 20 elevadores tienen tanto un área de sección transversal más grande como más pequeña en diferentes puntos a lo largo de la altura de los reactores 20 elevadores, preferiblemente las áreas de sección transversal más grandes de los reactores 20 elevadores varían hasta en no más que 20 por ciento de un reactor 20 elevador a otro, y las áreas de sección transversal más pequeñas de los reactores 20 elevadores varían hasta en no más que 20 por ciento de un reactor 20 elevador a otro. Más preferiblemente, las variaciones en el área de sección transversal de un reactor 20 elevador varía hasta en no más que 10 por ciento, y, lo más preferiblemente, no más que 1 por ciento, de la más grande a la más pequeña.
Preferiblemente, el área de sección transversal de cada reactor 20 elevador varía hasta en no más que 50 por ciento a lo largo de su altura. Más preferiblemente, el área de sección transversal de cada reactor 20 elevador varía hasta en no más que 30 por ciento a lo largo de su altura y, lo más preferiblemente, no más que 10 por ciento a lo largo de su altura.
Al menos un conducto 40 de transporte incluye un primer extremo 42 en comunicación fluida con los segundos extremos 24 de al menos dos reactores 20 elevadores y un segundo extremo 44 que se extiende hacia la zona 14 de separación formada por la carcasa 12. El catalizador, producto y alimentación, si hubiera, que sale de los segundos extremos 24 de los reactores 20 elevadores es recogido en el dispositivo 46 de recogida y dirigido hacia el primer extremo 42 del conducto 40 antes de que entre en la zona 14 de separación. Aunque el segundo extremo 42 del conducto 40 está dispuesto preferiblemente externamente a la carcasa 14, en una realización alternativa, el segundo extremo 42 podría estar situado internamente a la carcasa.
Las áreas de sección transversal del conducto 40 deben variar hasta en no más que 50 por ciento a lo largo de su longitud, preferiblemente no más que 30 por ciento y más preferiblemente no más que 10 por ciento. El área de sección transversal más pequeña del conducto 40 preferiblemente debe ser igual o superior a la suma de las áreas de sección transversal más pequeñas de los reactores 20 elevadores en comunicación fluida con las mismas. El área de sección transversal más pequeña del conducto 40 debe variar de la suma de las áreas de sección transversal más pequeñas de los reactores 20 elevadores en comunicación fluida con las mismas hasta en no más que 20 por ciento y, lo más preferiblemente, no más que 10 por ciento.
Para proporcionar una alimentación a los reactores 20 elevadores, está posicionado opcionalmente al menos un distribuidor 30 de alimentación cerca de los primeros extremos 22 de los reactores 20 elevadores. Se puede emplear más que un distribuidor 30 de alimentación adyacente a los primeros extremos 22 de los reactores 20 elevadores para proporcionar alimentación en diversos estados, p.ej., un distribuidor de alimentación puede proporcionar alimentación en una forma de vapor, mientras que un segundo distribuidor de alimentación puede proporcionar alimentación en una forma líquida. El distribuidor 30 de alimentación incluye un cuerpo 32 desde el cual se extiende una pluralidad de cuellos 34. Cada reactor 20 elevador tiene al menos un cuello 34 asociado. Cada cuello 34 termina en una cabeza 36. Cada cabeza 36 de cada cuello 34 está posicionada de manera adyacente al primer extremo 22 de cada reactor 20 elevador. Deseablemente, cada cabeza 36 se extiende hacia arriba en cada reactor 20 elevador. Más deseablemente, cada cabeza 36 está posicionada en o por encima de la boca 26 en el primer extremo 22 de cada reactor 20 elevador. El distribuidor 30 de alimentación puede incluir un dispositivo opcional de control de flujo, no mostrado, posicionado en el distribuidor 30 de alimentación para controlar la cantidad de alimentación a cada cuello 34, o puede estar posicionado un dispositivo de control de flujo sobre cada cuello 34. El dispositivo de control de flujo también se puede emplear para medir el flujo además de controlarlo. Además, está posicionada opcionalmente una boquilla, no mostrada, en cada cabeza 36 para controlar adicionalmente la distribución de la alimentación a cada reactor 20 elevador. Adicionalmente, cada cabeza 36 puede estar dotada de un dispositivo de cribado, no mostrado, para impedir el flujo inverso de catalizador a alguno de los cuellos 34 del distribuidor 30 de alimentación y, subsecuentemente, hacia el cuerpo 32 del distribuidor 30 de alimentación.
Al menos un retorno 50 de catalizador proporciona comunicación fluida entre la zona 14 de separación de la carcasa 12 y los reactores 20 elevadores. Particularmente, cada retorno 50 de catalizador proporciona comunicación fluida entre la zona 14 de separación y los primeros extremos 22 de cada reactor 20 elevador. Cada retorno 50 de catalizador tiene un primer extremo 52 y un segundo extremo 54. El primer extremo 52 del retorno 50 de catalizador se abre hacia el segundo extremo 18 de la carcasa 12, y el segundo extremo 54 del retorno 50 de catalizador se abre adyacente a los reactores 20 elevadores. Cada retorno 50 de catalizador está provisto para transportar el catalizador desde la zona 14 de separación de la carcasa 12 a los primeros extremos 22 de los reactores 20 elevadores. El aparato 10 puede incluir uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis o más retornos 50 de catalizador. Típicamente, aunque no necesariamente, el número de retornos 50 de catalizador corresponde al número de reactores 20 elevadores. En la realización mostrada en la Fig. 1, los retornos 50 de catalizador son externos a los reactores 20 elevadores. Sin embargo, como se muestra en realizaciones descritas posteriormente, el retorno 50 de catalizador puede estar contenido dentro de una carcasa común o estar posicionado internamente en relación a los reactores 20 elevadores, o alguna combinación de los mismos. El flujo del catalizador a través de el (los) retorno(s) 50 de catalizador se controla opcionalmente mediante el uso de un dispositivo 56 de control de flujo posicionado en cada retorno 50 de catalizador. El dispositivo 56 de control de flujo puede ser cualquier tipo de dispositivo de control de flujo en uso actualmente en la técnica para controlar el flujo de catalizador a través de las tuberías de transferencia del catalizador. Si se emplea, el dispositivo 56 de control de flujo es deseablemente una válvula de bola, una válvula de obturador o una válvula de corredera.
El aparato 10 incluye además una base 60. En la realización mostrada en la Fig. 1, la base 60, los retornos 50 de catalizador y los primeros extremos 22 de los reactores 20 elevadores definen una zona 62 de retención del catalizador. La zona 62 de retención del catalizador está provista para retener el catalizador que se usa para catalizar la reacción de conversión de hidrocarburos que se realiza en el aparato 10. El retorno 50 de catalizador proporciona comunicación fluida entre la zona 14 de separación y la zona 62 de retención del catalizador. Para hacer esto, los segundos extremos 54 de los retornos 50 de catalizador se abren a la zona 62 de retención del catalizador. Como un experto en la técnica apreciará, el límite entre la zona 62 de retención del catalizador y el retorno 50 de catalizador es fluido y depende, al menos en parte, del nivel de catalizador contenido en el retorno 50 de catalizador y la zona 62 de retención del catalizador.
También está posicionado un distribuidor 70 de fluido en o cerca de la base 60 del aparato 10. El distribuidor 70 de fluido incluye un conducto 72 dentro del cual se alimenta un agente fluidizante hacia la zona 62 de retención del catalizador para fluidizar un catalizador fluidizable en la zona 62 de retención del catalizador y los retornos 50 de catalizador. También pueden estar posicionados distribuidores 70 de fluido adicionales, como se muestra en la Fig. 1, en cada retorno 50 de catalizador para fluidizar un catalizador fluidizable contenido en cada uno de los retornos 50 de catalizador.
El aparato 10 para la conversión de hidrocarburos también puede incluir una salida 80 a través de la cual el catalizador es retirado del aparato 10. La salida 80 se muestra estando posicionada en el segundo extremo 18 de la carcasa 12, pero puede estar posicionada en cualquier posición en el aparato 10. El aparato 10 puede incluir también una entrada 82 a través de la cual se puede poner el catalizador dentro del aparato 10. Aunque la entrada 82 se muestra estando posicionada en el primer extremo 16 de la carcasa 12, la entrada 82 puede estar posicionada en cualquier posición en el aparato 10. También esta provista una tubería 84 para retirar los productos de la conversión de hidrocarburos del aparato 10.
Como se muestra en la Fig. 1, el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos de la presente invención incluye opcionalmente un aparato 90 de regeneración del catalizador asociado. El aparato 90 de regeneración del catalizador está en comunicación fluida con el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos. El aparato 90 de regeneración del catalizador incluye un regenerador 92 del catalizador, que está en comunicación fluida con el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos, y un purificador 94 del catalizador opcional, que está en comunicación fluida con el regenerador 92 del catalizador y que está en comunicación fluida con el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos. Una primera tubería 96 proporciona comunicación fluida entre el purificador 94 del catalizador y la salida 80 en la carcasa 12. Una segunda tubería 98 proporciona comunicación fluida entre el purificador 94 del catalizador y el regenerador 92 del catalizador. Una tercera tubería 100 proporciona comunicación fluida entre el regenerador 92 del catalizador y la entrada 82 en la carcasa 12. Un dispositivo 102 de control de flujo está posicionado opcionalmente en la primera tubería 96 para controlar el flujo de catalizador entre la carcasa 12 y el purificador 94 del catalizador. Un dispositivo 104 de control de flujo está posicionado opcionalmente en la segunda tubería 98 para controlar el flujo de catalizador entre el purificador 94 del catalizador y el regenerador 92 del catalizador. Finalmente, puede estar posicionado un dispositivo 106 de control de flujo en la tercera tubería 100 para controlar el flujo de catalizador entre el regenerador 92 del catalizador y la carcasa 12. Los dispositivos 102, 104 y 106 de control de flujo pueden ser cualquier tipo de dispositivos de control de flujo actualmente en uso en la técnica para controlar el flujo del catalizador a través de tuberías de transferencia de catalizador. Los dispositivos de control de flujo útiles incluyen válvulas de bola, válvulas de obturador y válvulas de corredera. Aunque el purificador 94 del catalizador se muestra en la Fig. 1 estando separado del regenerador 92 del catalizador, un experto en la técnica apreciará que el purificador 94 del catalizador puede estar formado de manera integral con el regenerador 92 del catalizador. Un experto en la técnica también apreciará que, aunque la Fig. 1 muestra la tercera tubería 100 devolviendo el catalizador a la zona 14 de separación a través de la tubería 82, el catalizador también puede ser devuelto al retorno 50 de catalizador, la zona 62 de retención del catalizador y combinaciones de la zona 14 de separación, el retorno 50 de catalizador y la zona 62 de retención del catalizador.
Cuando está en funcionamiento, el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos, como se muestra en la Fig. 1, funciona de la siguiente manera. El aparato 10 se llena con una cantidad apropiada de un catalizador adecuado para llevar a cabo la reacción de conversión de hidrocarburos deseada. El catalizador debe ser de un tipo que sea fluidizable. Al menos una parte del catalizador está contenido en la zona 62 de retención del catalizador. Para fluidizar el catalizador en la zona 62 de retención del catalizador, se alimenta un agente fluidizante hacia el (los) distribuidor(es) 70 de fluido a través de la entrada 72. El agente fluidizante se alimenta en la zona 62 de retención del catalizador del aparato 10 para la conversión de hidrocarburos. Los agentes fluidizantes útiles incluyen, pero no se limitan a, gases inertes, nitrógeno, vapor de agua, dióxido de carbono, hidrocarburos, aire y mezclas de los mismos. La elección del agente fluidizante depende del tipo de reacción de conversión que se realiza en el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos. Deseablemente, el agente fluidizante es no reactivo, p.ej., inerte, en la reacción que se realiza en el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos. En otras palabras, es deseable que el agente fluidizante no juegue un papel en el proceso de conversión de hidrocarburos que se realiza en el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos distinto a fluidizar el catalizador fluidizable.
Una vez que el catalizador ha alcanzado un estado fluidizado aceptable, se alimenta una alimentación en el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos a través del distribuidor 30 de alimentación. La alimentación entra en el cuerpo 32 del distribuidor 30 de alimentación, pasa a través de los cuellos del distribuidor 30 de alimentación y sale a través de las cabezas 36 del distribuidor 30 de alimentación. La alimentación es distribuida a cada uno de los reactores 20 elevadores a través de sus primeros extremos 22. Deseablemente, la alimentación es provista en corrientes sustancialmente iguales a cada reactor 20 elevador. Por "sustancialmente iguales" se quiere decir que el flujo de alimentación provisto a cada reactor 20 elevador a través del distribuidor 30 de alimentación varía hasta en no más que 25 por ciento en tasa de volumen, y varía no más que 25 por ciento en porcentaje en masa para cada componente en la alimentación, de un reactor 20 elevador a otro. Más deseablemente, el flujo de alimentación provisto a cada reactor 20 elevador a través del distribuidor 30 de alimentación varía hasta en no más que 10 por ciento en tasa de volumen, y varía no más que 10 por ciento en porcentaje en masa para cada componente en la alimentación, de un reactor 20 elevador a otro reactor 20 elevador. Lo más deseablemente, la alimentación provista a cada reactor 20 elevador a través del distribuidor 30 de alimentación varía hasta en no más que 1 por ciento en tasa de volumen, y varía no más que 1 por ciento en porcentaje en masa para cada componente en la alimentación, de un reactor 20 elevador a otro.
Un diferencial de presión creado por la velocidad de la alimentación que entra en los primeros extremos 22 de los reactores 20 elevadores y la presión de la altura del catalizador fluidizable en el (los) retorno(s) 50 de catalizador y la zona 62 de retención del catalizador causa que el catalizador sea aspirado hacia los primeros extremos 22 de los reactores 20 elevadores. El catalizador es transportado a través de los reactores 20 elevadores bajo principios bien conocidos, en los que la energía cinética de la alimentación se usa para mover el catalizador fluidizado. El catalizador y la alimentación viajan desde los primeros extremos 22 hasta los segundos extremos 24 de los reactores 20 elevadores. Según viajan el catalizador y la alimentación a través de los reactores 20 elevadores, la reacción de conversión de hidrocarburos tiene lugar y se produce un producto de conversión.
Diseñando el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos con estos rasgos, cada reactor 20 elevador individual funciona de una manera sustancialmente idéntica. Con esta invención, es deseable mantener tanto las velocidades de alimentación del reaccionante como las velocidades de alimentación del catalizador a las mismas velocidades para cada uno de los reactores 20 elevadores. De este modo, la conversión de la alimentación y la selectividad a los productos deseados será sustancialmente idéntica y puede ejecutarse en condiciones operacionales óptimas.
El (los) producto(s) de conversión, alimentación sin reaccionar, si hubiera, y el catalizador salen de los reactores 20 elevadores a través de sus segundos extremos 24 donde son consolidados mediante el dispositivo 46 de recogida hacia el conducto 40 de transporte, desde el cual son eyectados hacia la zona 14 de separación de la carcasa 12. En el segundo extremo 16 de la carcasa 12, el producto de conversión y la alimentación sin reaccionar, si hubiera, son separados del catalizador mediante un separador, no mostrado, tal como separadores ciclónicos, filtros, cribas, dispositivos de impacto, placas, conos, otros dispositivos que separen el catalizador del producto de la reacción de conversión, y combinaciones de los mismos. Deseablemente, el producto de conversión y la alimentación sin reaccionar, si hubiera, son separados por una serie de separadores ciclónicos. Una vez que el catalizador ha sido separado del producto de conversión y la alimentación sin reaccionar, si hubiera, los productos de conversión y alimentación sin reaccionar, si hubiera, son retirados de la carcasa 12 a través de la tubería 84 para su procesado posterior, tal como separación y purificación. El catalizador, después de ser separado de los productos y la alimentación sin reaccionar, se mueve desde la carcasa 12 hasta la zona 62 de retención del catalizador. El catalizador sale de la carcasa 12 a través de los primeros extremos 52 de los retornos 50 de catalizador y se mueve a través de los retornos 50 de catalizador hacia los segundos extremos 54 de los retornos 50 de catalizador, desde los cuales el catalizador se mueve hacia la zona 62 de retención del catalizador. Si se desea, el flujo de catalizador a través de los retornos 50 de catalizador puede ser controlado por los dispositivos 56 de control de flujo. Si se emplean los dispositivos 56 de control de flujo, una altura de catalizador fluidizable es mantenida por encima de cada dispositivo 56 de control de flujo en el retorno 50 de catalizador para permitir la función apropiada del dispositivo 56 de control de flujo.
Si es necesario o se desea, al menos una parte del catalizador puede ser circulada hacia el aparato 90 de regeneración del catalizador, como se muestra en la Fig. 1. El catalizador a ser regenerado es retirado de la carcasa 12 a través de la salida 80 y transportado, si se desea, al purificador 94 del catalizador a través de la primera tubería 96. El flujo de catalizador entre el aparato 10 para la conversión de hidrocarburos y el purificador 94 del catalizador puede ser controlado por el dispositivo 102 de control de flujo. En el purificador 94 del catalizador, el catalizador es despojado de la mayor parte de materiales orgánicos fácilmente retirables (orgánicos). Los procedimientos de purificación y las condiciones para los procedimientos de conversión de hidrocarburos individuales están dentro de la experiencia de una persona experta en la técnica. El catalizador purificado es transferido desde el purificador 94 del catalizador hasta el regenerador 92 del catalizador a través de la segunda tubería 98. El flujo de catalizador a través de la segunda tubería 98 puede ser controlado por el dispositivo 104 de control de flujo opcional. En el regenerador 92 del catalizador, los depósitos carbonosos formados sobre el catalizador durante una reacción de conversión de hidrocarburos son retirados al menos parcialmente del catalizador. Después, el catalizador regenerado se transfiere a la carcasa 12 del aparato 10 para la conversión de hidrocarburos a través de la tercera tubería 100. El flujo de catalizador a través de la tercera tubería 100 puede ser controlado por el dispositivo 106 de control de flujo opcional. Se provee típicamente un gas de transporte a la tercera tubería 100 para facilitar la transferencia del catalizador desde el regenerador 92 del catalizador hasta el aparato 10 de conversión de hidrocarburos. El catalizador es devuelto a la carcasa 12 a través de la entrada 82.
Otra realización del aparato 110 para la conversión de hidrocarburos de la presente invención se muestra en sección transversal parcial en la Figura 2. El aparato 110 comprende una pluralidad de reactores 130 elevadores, un conducto 164 de transporte, un distribuidor 140 de alimentación, retornos 150 de catalizador y una carcasa 120 que forma una zona 122 de separación.
Con referencia continua a la Fig. 2, la carcasa 120 forma una zona 122 de separación en la que un producto de la reacción de conversión de hidrocarburos es separado del catalizador que cataliza la reacción de conversión de hidrocarburos. La carcasa 120 incluye un primer extremo 124 y un segundo extremo 126. La carcasa 120 define opcionalmente una zona 128 estable desde la cual el catalizador puede ser extraído del aparato 110 de conversión de hidrocarburos.
Los reactores 130 elevadores se extienden hacia arriba hacia la carcasa 120 y la zona 122 de separación. Cada reactor 130 elevador incluye un primer extremo 132, en el que el catalizador y la alimentación son alimentados para realizar la reacción de conversión de hidrocarburos. Cada reactor 130 elevador incluye además un segundo extremo 134 a través del cual el catalizador, los productos y la alimentación sin reaccionar, si hubiera, salen del reactor 130 elevador. El catalizador, productos y alimentación salientes, si hubiera, de los reactores 130 elevadores múltiples son consolidados mediante el dispositivo 138 de recogida para su entrega al conducto 164 de transporte. El primer extremo 168 del conducto 164 de transporte está en comunicación fluida con los segundos extremos 134 de los reactores 130 elevadores mediante el dispositivo 138 de recogida, mientras que el segundo extremo 166 del conducto 164 de transporte se extiende hacia la zona 122 de separación. Así, el conducto 164 transporta el catalizador, producto y alimentación, si hubiera, consolidados, que salen de los reactores 130 elevadores hacia la zona 122 de separación. El primer extremo 132 de cada reactor 130 elevador termina en una boca 136 a través de la cual el catalizador y la alimentación son alimentados en el reactor 130 elevador. Como se describió anteriormente, el número de reactores 130 elevadores empleados en el aparato 110 para la conversión de hidrocarburos varía dependiendo del procedimiento de conversión de hidrocarburos a ser realizado en el aparato 110. El número y tamaño de los reactores 130 elevadores se discute anteriormente junto con la descripción de la Fig. 1.
Para proporcionar una alimentación a los reactores 130 elevadores, está posicionado opcionalmente al menos un distribuidor 140 de alimentación cerca de los primeros extremos 132 de los reactores 130 elevadores. Se puede emplear más que un distribuidor 140 de alimentación para proporcionar alimentación en diversos estados, p.ej., un distribuidor de alimentación puede proporcionar alimentación en una forma de vapor, mientras que un segundo distribuidor de alimentación puede proporcionar alimentación en una forma líquida. El distribuidor 140 de alimentación incluye un cuerpo desde el cual se extiende una pluralidad de cuellos 144. Cada reactor 130 elevador tiene al menos un cuello 144 asociado. Cada cabeza 146 de cada cuello 144 está posicionada de manera adyacente al primer extremo 132 de cada reactor 130 elevador. Deseablemente, cada cabeza 146 se extiende hacia arriba en cada reactor 130 elevador. Más deseablemente, cada cabeza 146 está posicionada en o por encima de la boca 136 en el primer extremo 132 de cada reactor 130 elevador. El distribuidor 140 de alimentación puede incluir un dispositivo opcional de control de flujo, no mostrado, posicionado en el distribuidor 140 de alimentación para controlar una cantidad igual de alimentación a cada cuello 144, o puede estar posicionado un dispositivo de control de flujo sobre cada cuello 144. El dispositivo de control de flujo también se puede emplear para medir el flujo además de controlarlo. Además, puede estar posicionada opcionalmente una boquilla, no mostrada, en cada cabeza 146 para controlar adicionalmente la distribución de la alimentación a cada reactor 130 elevador. Adicionalmente, cada cabeza 146 puede estar dotada de un dispositivo de cribado, no mostrado, para impedir el flujo inverso de catalizador hacia alguno de los cuellos 144 del distribuidor 140 de alimentación.
Al menos un retorno 150 del catalizador proporciona comunicación fluida entre la zona 122 de separación de la carcasa 120 y los reactores 130 elevadores. Cada retorno 150 de catalizador tiene un primer extremo 152 y un segundo extremo 154. El primer extremo 152 del retorno 150 de catalizador se abre adyacente al segundo extremo 126 de la carcasa 120, y el segundo extremo 154 del retorno 150 de catalizador se abre a los reactores 130 elevadores. Cada retorno 150 de catalizador está provisto para transportar el catalizador desde la zona 122 de separación de la carcasa 120 a los primeros extremos 132 de los reactores 130 elevadores. El aparato 110 puede incluir uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis o más retornos 150 de catalizador. Típicamente, aunque no necesariamente, el número de retornos 150 de catalizador corresponde al número de reactores 130 elevadores. El flujo del catalizador a través del (de los) retorno(s) 150 de catalizador se controla opcionalmente mediante el uso de dispositivos de control de flujo, no mostrados, posicionados en cada retorno 150 de catalizador. Los dispositivos de control de flujo pueden ser cualquier tipo de dispositivo de control de flujo actualmente en uso en la técnica para controlar el flujo de catalizador a través de las tuberías de transferencia del catalizador. Si se emplea, el dispositivo de control de flujo es deseablemente una válvula de bola, una válvula de obturador o una válvula de corredera.
El aparato 110 incluye además una base 160. En la realización mostrada en la Fig. 2, la base 160, los retornos 150 de catalizador y los primeros extremos 132 de los reactores 130 elevadores definen una zona 162 de retención del catalizador. Los segundos extremos 154 de los retornos 150 de catalizador se abren a la zona 162 de retención del catalizador. La zona 162 de retención del catalizador está provista para retener el catalizador que se usa para catalizar la reacción de conversión de hidrocarburos que se realiza en el aparato 110. Como un experto en la técnica apreciará, el límite entre la zona 162 de retención del catalizador y el retorno 150 de catalizador es fluido y depende, al menos en parte, del nivel de catalizador contenido en el retorno 162 de catalizador y la zona 150 de retención del
catalizador.
También está posicionado un distribuidor 170 de fluido en o cerca de la base 160 del aparato 110. El distribuidor 170 de fluido incluye un conducto 172 dentro del cual se alimenta un agente fluidizante hacia la zona 162 de retención del catalizador para fluidizar un catalizador fluidizable contenido en la zona 162 de retención del catalizador y los retornos 150 de catalizador. También pueden estar posicionados distribuidores 170 de fluido adicionales, como se muestra en la Fig. 2, en el (los) retorno(s) 150 de catalizador para proporcionar agente fluidizante adicional en el (los) retorno(s) 150 de catalizador.
El aparato 110 para la conversión de hidrocarburos también puede incluir una o más salidas 180, a través de las cuales el catalizador puede ser retirado del aparato 10. La salida 180 está posicionada de manera adyacente a la zona 128 estable en el segundo extremo 126 de la carcasa 120. Es deseable que la salida 180 esté posicionada de tal modo que el catalizador pueda ser retirado de la carcasa 120 a través de la zona 128 estable. El aparato 110 puede incluir también una entrada 182 a través de la cual se puede poner el catalizador dentro del aparato 110. Aunque la entrada 182 se muestra estando posicionada en el segundo extremo 126 de la carcasa 120, la entrada 182 puede estar posicionada en cualquier posición en el aparato 110. Las tuberías 184 están provistas para retirar productos y alimentación sin reaccionar, si hubiera, de la zona 122 de separación del aparato 110 para la conversión de hidrocarburos.
Una serie de dispositivos 186 de separación se muestran estando posicionados en la zona 122 de separación de la carcasa 120. Los dispositivos 186 de separación pueden ser separadores ciclónicos, filtros, cribas, dispositivos de impacto, placas, conos, o cualquier otro dispositivo que separe el catalizador del producto de la reacción de conversión.
Un dispositivo 190 de impacto está posicionado en el primer extremo 124 de la carcasa 120. El dispositivo 190 de impacto está provisto para dirigir el catalizador que abandona el conducto 164 de transporte por el segundo extremo 166 del conducto 164, y para limitar la cantidad de catalizador que queda atrás en el conducto 164 y los reactores 130 elevadores. Deseablemente, el dispositivo 190 de impacto está posicionado opuesto al segundo extremo 166 del conducto 164 de transporte.
También se muestra en la Fig. 2 una serie de soportes 192. Los soportes 192 se muestran meramente para que sean ilustrativos de un posible medio para soportar el aparato 110 para la conversión de hidrocarburos.
Como un experto en la técnica apreciará, el aparato para la conversión de hidrocarburos mostrado en la Fig. 2 funciona de manera similar al mostrado en la Fig. 1 y no se discutirá en detalle, excepto para ilustrar aquellos rasgos no mostrados en la Fig. 1.
Con referencia a la Fig. 2, el catalizador se proporciona a la zona 162 de retención del catalizador, y se fluidiza en la zona 162 de retención del catalizador y los retornos 150 de catalizador mediante el agente fluidizante provisto a través del distribuidor 170 de fluido. La alimentación es provista a los reactores 130 elevadores mediante el distribuidor 140 de alimentación. La cantidad de alimentación provista a cada uno de los reactores 130 elevadores es la misma que la descrita anteriormente junto con la descripción de la Fig. 1. El catalizador y la alimentación fluyen hacia arriba a través de los reactores 130 elevadores, de la misma manera que la descrita anteriormente junto con la descripción de los reactores 20 elevadores en la Fig. 1.
Con referencia continua a la Fig. 2, el catalizador, producto y alimentación sin reaccionar, si hubiera, salen a través de los segundos extremos 134 de los reactores 130 elevadores, donde son consolidados mediante el dispositivo 138 de recogida y dirigidos a través del conducto 164 de transporte hacia la zona 122 de separación de la carcasa 120. Al menos una parte, y deseablemente la mayoría, del catalizador contacta con el dispositivo 190 de impacto y es desviado hacia los lados de la carcasa 120. Los separadores 186 separan al menos una parte del catalizador del producto y de la alimentación sin reaccionar. El producto y la alimentación sin reaccionar son retirados de la carcasa 120 del dispositivo 10 de conversión de hidrocarburos a través de las tuberías 184. El catalizador, que es separado por los separadores 186, cae en la zona 128 estable. El resto del catalizador es devuelto para que entre en contacto con la alimentación a través de los retornos 150 de catalizador.
Una parte del catalizador contenido en la zona 128 estable puede ser retirada del aparato 10 para la conversión de hidrocarburos y ser enviada a un aparato de regeneración del catalizador por medio de la salida 180, tal como el aparato 90 de regeneración del catalizador mostrado en la Fig. 1, o ser retirada del aparato 110 de conversión de hidrocarburos para un procesado posterior. Adicionalmente, el catalizador en la zona 128 estable puede rebosar sobre los retornos 150 de catalizador y ser devuelto para que contacte con la alimentación.
Otra realización del aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención se muestra en la Fig. 3. El aparato 200 comprende una pluralidad de reactores 220, 220a elevadores, una pluralidad de conductos 240 de transporte, distribuidores de alimentación, un retorno 250 de catalizador y una carcasa 212 que incluye una zona 214 de separación.
Con referencia continua a la Fig. 3, la carcasa 212 define una zona 214 de separación en la que un producto de la reacción de conversión de hidrocarburos es separado del catalizador que cataliza la reacción de conversión de hidrocarburos. La carcasa 212 incluye un primer extremo 216 y un segundo extremo 218.
Los reactores 220, 220a elevadores están en comunicación fluida con el conducto 240 de transporte mediante el dispositivo 246 de recogida, que opcionalmente se extiende hacia la carcasa 212 y la zona 214 de separación. Cada reactor 220 elevador incluye un primer extremo 222 en el que el catalizador y la alimentación son alimentados para realizar la reacción de conversión de hidrocarburos. Cada reactor 220 elevador incluye además un segundo extremo 224 a través del cual el catalizador, producto y alimentación sin reaccionar, si hubiera, salen del reactor 220 elevador, donde son consolidados en el dispositivo 246 de recogida para su entrega al primer extremo 242 del conducto 240 de transporte antes de salir por el segundo extremo 244 hacia la zona 214 de separación de la carcasa 212. El primer extremo 222 de cada reactor 220 elevador termina en una boca a través de la cual el catalizador y la alimentación son alimentados en el reactor 220 elevador. El número y dimensiones de los reactores 220 elevadores se discute anteriormente junto con la descripción de la Fig. 1.
Con referencia continua a la Fig. 3, para proporcionar una alimentación a los reactores 220 elevadores, está posicionado al menos un distribuidor 230 de alimentación cerca de los primeros extremos 222 de los reactores 220 elevadores. Se puede emplear más de un distribuidor 230 de alimentación para proporcionar alimentación en diversos estados, p.ej., un distribuidor 230 de alimentación puede proporcionar alimentación en una forma de vapor, mientras que un segundo distribuidor 230 de alimentación puede proporcionar alimentación en una forma líquida. Cada distribuidor de alimentación incluye un cuerpo, no mostrado, desde el cual se extiende al menos un cuello. Cada reactor 220 elevador tiene al menos un cuello asociado. Cada distribuidor 230 de alimentación termina en una cabeza. Cada cabeza está posicionada de manera adyacente al primer extremo 222 de cada reactor 220 elevador. Deseablemente, cada cabeza 234 se extiende hacia arriba en cada reactor 220 elevador. Más deseablemente, cada cabeza está posicionada en o por encima de la boca 226 en el primer extremo 222 de cada reactor 220 elevador. El distribuidor 230 de alimentación puede incluir un dispositivo de control de flujo opcional, no mostrado, posicionado en el distribuidor 230 de alimentación para proporcionar una cantidad igual de alimentación a cada cabeza. El dispositivo de control de flujo se puede emplear para medir el flujo también. Además, puede estar posicionada opcionalmente una boquilla, no mostrada, en cada cabeza para controlar adicionalmente la distribución de la alimentación a cada reactor 220 elevador. Adicionalmente, cada cabeza puede estar dotada de un dispositivo de cribado, no mostrado, para impedir el flujo inverso de catalizador hacia alguno de los cuellos del distribuidor 230 de alimentación.
En el aparato 200 para la conversión de hidrocarburos mostrado en la Fig. 3, un único retorno 250 de catalizador está posicionado de manera centrada en relación a los reactores 220 elevadores. El retorno 250 del catalizador proporciona comunicación fluida entre la zona 214 de separación de la carcasa 212 y los reactores 220 elevadores. El retorno 250 de catalizador tiene un primer extremo 254 y un segundo extremo 252. El primer extremo 254 del retorno 250 de catalizador se abre hacia el segundo extremo 218 de la carcasa 212 y el segundo extremo 252 del retorno 250 de catalizador se abre a los reactores 220 elevadores. Una serie de brazos 256 están posicionados en el segundo extremo 252 del retorno 250 de catalizador. Los brazos 256 se extienden desde el retorno 250 de catalizador a cada uno de los reactores 220 elevadores y proporcionan comunicación fluida entre el retorno 250 de catalizador y los reactores 220 elevadores. El número de brazos 256 corresponderá al número de reactores 220 elevadores, teniendo cada reactor 220 elevador al menos un brazo 256 correspondiente. El retorno 250 de catalizador está provisto para transportar el catalizador desde la zona 214 de separación de la carcasa 212 a los primeros extremos 222 de los reactores 220 elevadores. El flujo de catalizador a través del retorno 250 de catalizador se controla opcionalmente mediante el uso de un dispositivo 258 de control de flujo posicionado en el retorno 250 de catalizador o en cada brazo 256. El (los) dispositivo(s) 258 de control de flujo puede(n) ser cualquier tipo de dispositivo de control de flujo en uso actualmente en la técnica para controlar el flujo de catalizador a través de las tuberías de transferencia del catalizador. Si se emplea, el dispositivo 258 de control de flujo es deseablemente una válvula de bola, una válvula de obturador o una válvula de corredera.
En la realización mostrada en la Fig. 3, los brazos 256 del retorno 250 de catalizador se abren a la zona 262 de retención del catalizador. La zona 262 de retención del catalizador está provista para retener el catalizador que se usa para catalizar la reacción de conversión de hidrocarburos que se realiza en el aparato 200. Como un experto en la técnica apreciará, el límite entre la zona 262 de retención del catalizador y el retorno 250 de catalizador es fluido y depende, al menos en parte, del nivel de catalizador contenido en el retorno 262 de catalizador y los brazos 256 del retorno 250 de catalizador.
Al menos un distribuidor 270 de fluido está posicionado debajo de o adyacente a la zona 262 de retención del catalizador. El distribuidor 270 de fluido incluye un conducto 272 en el cual se alimenta un agente fluidizante para fluidizar un catalizador fluidizable en la zona 262 de retención del catalizador. También pueden estar posicionados distribuidores 270 de fluido adicionales, como se muestra en la Fig. 3, en el retorno 250 de catalizador para fluidizar adicionalmente un catalizador fluidizable contenido en el retorno 250 de catalizador.
El aparato 200 para la conversión de hidrocarburos también incluye una salida 280 a través de la cual el catalizador puede ser retirado del aparato 200. La salida 280 se muestra estando posicionada en el segundo extremo 218 de la carcasa 212, pero puede estar posicionada en cualquier posición en el aparato 200. El aparato 200 puede incluir también una entrada 282 a través de la cual se puede introducir el catalizador dentro del aparato 200. Aunque la entrada 282 se muestra estando posicionada en el segundo extremo 218 de la carcasa 212, la entrada 282 puede estar posicionada en cualquier posición en el aparato 200. Puede estar provista una tubería 284 para retirar los productos del aparato 200.
Una serie de dispositivos 286 de separación se muestran estando posicionados en la zona 214 de separación de la carcasa 212. Los dispositivos 286 de separación pueden ser separadores ciclónicos, filtros, cribas, dispositivos de impacto, placas, conos, o cualquier otro dispositivo que separe el catalizador del producto de la reacción de conversión. Los dispositivos 286 de separación se muestran en la Fig. 3 como separadores 288 ciclónicos.
También se muestra en la Fig. 3 una serie de soportes 292. Los soportes 292 se muestran meramente para que sean ilustrativos de un posible medio para soportar el aparato 200 para la conversión de hidrocarburos.
El aparato 200 para la conversión de hidrocarburos que se muestra en la Fig. 3 funciona de manera similar al mostrado en las Figs. 1 y 2. El aparato 200 mostrado en la Fig. 3 funciona de la siguiente manera.
El aparato 200 se llena con una cantidad apropiada de catalizador, que es retenido en el retorno 250 de catalizador y la zona 262 de retención de catalizador. El catalizador es fluidizado en el retorno 250 de catalizador y la zona 262 de retención de catalizador por medio de un agente fluidizante que se proporciona al aparato 200 de conversión de hidrocarburos a través de los conductos 272 de los distribuidores 270 de fluido. El flujo de catalizador hacia los reactores 220 elevadores puede ser controlado mediante los dispositivos 258 de control de flujo. La alimentación es provista a los reactores 220 elevadores mediante los distribuidores 230 de alimentación. La cantidad de alimentación provista a los reactores 220 elevadores es la misma que la discutida anteriormente junto con la descripción de la Fig. 1. La alimentación y el catalizador fluyen hacia arriba en los reactores 220 elevadores por los principios descritos anteriormente. El catalizador, producto y alimentación sin reaccionar, si hubiera, salen de los reactores 220, 220a elevadores a través de sus segundos extremos 224, pasando a través del dispositivo 246 de recogida, donde son consolidados en el conducto 240 de transporte antes de salir hacia la zona 214 de separación de la carcasa 212. El catalizador es separado del producto y cualquier alimentación sin reaccionar por los dispositivos 286 de separación. El catalizador separado cae hacia el segundo extremo 218 de la carcasa 212, mientras que el producto y cualquier alimentación sin reaccionar son retirados del aparato a través de la tubería 284.
Una parte del catalizador puede ser retirada del aparato 200 a través de la salida 280 y enviada a un aparato de regeneración, no mostrado, o ser retirado en su totalidad del aparato 200. El catalizador regenerado es devuelto al aparato 200 a través de la entrada 282.
El catalizador separado entra en el primer extremo 254 del retorno 250 de catalizador y es recirculado para ser reutilizado en la reacción de conversión de hidrocarburos. El catalizador es devuelto a través del retorno 250 de catalizador hacia el área 262 de contención del catalizador, donde el catalizador es mantenido en un estado fluidizado por el agente fluidizante proporcionado mediante los distribuidores 270 de fluido.
Otra realización del aparato 300 para la conversión de hidrocarburos se muestra en la Fig. 4. El aparato 300 comprende una pluralidad de reactores 330 elevadores, un conducto 374 de transporte, un distribuidor 340 de alimentación, un distribuidor 350 de fluido y una carcasa 310 que incluye una zona 318 de separación.
Con referencia continua a la Fig. 4, la carcasa 310 está formada por una pared 312 y está hueca. La carcasa 310 tiene un primer extremo 314 y un segundo extremo 316. El primer extremo 314 de la carcasa 310 define una zona 318 de separación en la que el catalizador es separado del producto de la reacción de conversión de hidrocarburos. La carcasa 310 incluye además una extensión 320 de pared, que se extiende hacia arriba en el primer extremo 314 de la carcasa 310 desde el segundo extremo 316 de la carcasa 310, y una parte 322 de embudo. La extensión 320 de pared y la parte 322 de embudo definen una zona 324 estable en la que una parte del catalizador puede ser retenida antes de ser retirada de la carcasa 310.
En la realización mostrada en la Fig. 4, una pluralidad de reactores 330 elevadores están posicionados dentro de la carcasa 310, como se muestra en la Fig. 4. Cada reactor 330 elevador se extiende sustancialmente paralelo a un eje longitudinal de la carcasa 310 y tiene una pared 331. Cada reactor 330 elevador tiene un primer extremo 332 y un segundo extremo 334. El primer extremo 332 de cada reactor 330 elevador está posicionado en el segundo extremo 316 de la carcasa 310. El segundo extremo 334 de cada reactor 330 elevador se extiende hacia arriba, donde está en comunicación fluida con el primer extremo 378 del conducto 374 de transporte a través del dispositivo 328 de recogida. El segundo extremo 376 del conducto 374 de transporte se extiende hacia la zona 318 de separación en el primer extremo 314 de la carcasa 310. El primer extremo 332 de cada reactor 330 elevador termina en una boca 335 a través de la cual el catalizador y la alimentación son alimentados en el reactor 330 elevador. Aunque el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos se muestra en la Fig. 4 conteniendo tres reactores 330 elevadores, el aparato 300 contiene deseablemente dos o más reactores 330 elevadores. El número y tamaño de los reactores 330 elevadores se describe junto con la descripción de la Fig. 1.
Con referencia continua a la Fig. 4, la pared 312 de la carcasa 310 y la pared 331 de cada uno de los reactores 330 elevadores definen una zona 336 de retención del catalizador. La zona 336 de retención del catalizador contiene el catalizador utilizado para catalizar la reacción de conversión de hidrocarburos. Cuando el aparato 300 está en funcionamiento, la zona 336 de retención del catalizador contiene el catalizador en un estado fluidizado, como se describirá en detalle a continuación. La extensión 320 de pared, la pared 312 de la carcasa 310 y las paredes 331 de cada uno de los reactores 330 elevadores también definen un retorno 338 de catalizador. El retorno 338 de catalizador dirige el catalizador que se ha usado en una reacción de conversión desde la zona 318 de separación en el primer extremo 314 de la carcasa 310 hasta la zona 336 de retención del catalizador. Como un experto en la técnica apreciará, el límite entre la zona 336 de retención del catalizador y el retorno 338 de catalizador es fluido y depende, al menos en parte, del nivel de catalizador contenido en la zona 336 de retención del catalizador.
Para proporcionar una alimentación a los reactores 330 elevadores, está posicionado opcionalmente al menos un distribuidor 340 de alimentación cerca de los primeros extremos 332 de los reactores 330 elevadores. Se puede emplear más de un distribuidor 340 de alimentación para proporcionar alimentación en diversos estados, p.ej., un distribuidor 340 de alimentación puede proporcionar alimentación en una forma de vapor, mientras que un segundo distribuidor 340 de alimentación puede proporcionar alimentación en una forma líquida. El distribuidor 340 de alimentación incluye un cuerpo 342 desde el cual se extiende una pluralidad de cuellos 344. Cada reactor 330 elevador tiene al menos un cuello 344 asociado. Cada cuello 344 termina en una cabeza 346. Cada cabeza 346 de cada cuello 344 está posicionada de manera adyacente al primer extremo 332 de cada reactor 330 elevador. Deseablemente, cada cabeza 346 se extiende hacia cada reactor 330 elevador respectivo. Más deseablemente, cada cabeza 346 está posicionada en o por encima de la boca 335 en el primer extremo 332 de cada reactor 330 elevador respectivo. El distribuidor 340 de alimentación puede incluir un dispositivo 348 de control de flujo opcional posicionado en el distribuidor 340 de alimentación para proporcionar una cantidad igual de alimentación a cada cuello 344, y, si se desea, medir el flujo a través de cada cuello 344. Como se muestra en la Fig. 4, el dispositivo 348 de control de flujo es una válvula. Los tipos útiles de válvulas se describen anteriormente. Además, puede estar dispuesta una boquilla, no mostrada, sobre cada cabeza 346 para distribuir la alimentación hacia cada reactor 330 elevador. Adicionalmente, cada cabeza 346 puede estar dotada de un dispositivo de cribado, no mostrado, para impedir el flujo inverso de catalizador hacia alguno de los cuellos 344 del distribuidor 340 de alimentación y, subsecuentemente, hacia el cuerpo 342 del distribuidor 340 de alimentación.
También está posicionado un distribuidor 350 de fluido en el segundo extremo 316 de la carcasa 310. El distribuidor 350 de fluido incluye un conducto 352 en el que se alimenta un agente fluidizante para fluidizar un catalizador fluidizable en la zona 336 de retención del catalizador y el retorno 338 de catalizador. Un dispersador 354 opcional puede estar posicionado entre el distribuidor 350 de fluido y la zona 336 de retención del catalizador para dispersar el agente fluidizante en la zona 336 de retención del catalizador y el retorno 338 de catalizador. El dispersador 354 está posicionado deseablemente perpendicular al eje longitudinal de la carcasa 310 en el segundo extremo 316 de la carcasa 310. El dispersador 354 puede ser una criba, una rejilla, una placa perforada o dispositivo similar a través del cual el agente fluidizante es alimentado para proporcionar una distribución uniforme del agente fluidizante a la zona 336 de retención del catalizador.
Para separar los productos de la reacción de conversión de hidrocarburos del catalizador, puede estar posicionado un separador 360 o serie de separadores 360, en el primer extremo 314 de la carcasa 310. Los separadores 360 se muestran en la Fig. 4 como separadores 362 ciclónicos. También pueden estar posicionados otros tipos de separadores 360 tales como filtros, cribas, dispositivos de impacto, placas, conos y otros dispositivos que separen los productos del catalizador, en el primer extremo 314 de la carcasa 310. El número de separadores 360 depende de la eficacia de funcionamiento deseada, el tamaño de partícula del catalizador, la velocidad gaseosa superficial, la capacidad de producción y otros parámetros. Los productos son retirados de la carcasa 310 a través de una tubería 364 o una pluralidad de tuberías 364 para su procesado posterior, tal como, por ejemplo, separación y purificación.
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El aparato 300 puede incluir además una salida 370 a través de la cual el catalizador puede ser retirado de la carcasa 310, y una entrada 372 a través de la cual el catalizador puede ser colocado en la carcasa 310. El posicionamiento de la salida 370 y la entrada 372 no es crítico. Sin embargo, es deseable que la salida 370 esté posicionada de tal modo que el catalizador pueda ser retirado de la carcasa 310 a través de la zona 324 estable.
Un dispositivo 380 de impacto está posicionado en el primer extremo 314 de la carcasa 310. El dispositivo 380 de impacto está provisto para dirigir el catalizador que abandona el conducto 374 de transporte por los segundos extremos 376 del conducto 374, y limitar la cantidad de catalizador que queda atrás en el conducto 374 y los reactores 330 elevadores.
También se muestra un soporte 392 en la Fig. 4. Los soportes 392 se muestran meramente para que sean ilustrativos de un posible medio para soportar el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos.
Como se muestra en la Fig. 4, el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos incluye opcionalmente un aparato 90 de regeneración del catalizador asociado, que está en comunicación fluida con el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos. El aparato 90 para la regeneración del catalizador incluye un regenerador 92 del catalizador, que está en comunicación fluida con el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos, y un purificador 94 del catalizador opcional, que está en comunicación fluida con el regenerador 92 del catalizador y que puede estar en comunicación fluida con el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos. Una primera tubería 96 proporciona comunicación fluida entre el purificador 94 del catalizador y la carcasa 310 a través de la salida 370. Una segunda tubería 98 proporciona comunicación fluida entre el purificador 94 del catalizador y el regenerador 92 del catalizador. Una tercera tubería 100 proporciona comunicación fluida entre el regenerador 92 del catalizador y la entrada 372 en la carcasa 310. Un dispositivo 102 de control de flujo está posicionado opcionalmente en la primera tubería 96 para controlar el flujo de catalizador entre la carcasa 310 y el purificador 94 del catalizador. Un dispositivo 104 de control de flujo está posicionado opcionalmente en la segunda tubería 98 para controlar el flujo de catalizador entre el purificador 94 del catalizador y el regenerador 92 del catalizador. Finalmente, un dispositivo 106 de control de flujo está posicionado opcionalmente en la tercera tubería 100 para controlar el flujo de catalizador entre el regenerador 92 del catalizador y la carcasa 310. Los dispositivos 102, 104 y 106 de control de flujo pueden ser cualquier dispositivo de control de flujo actualmente en uso en la técnica para controlar el flujo del catalizador a través de tuberías de transferencia de catalizador. Los dispositivos de control de flujo útiles incluyen válvulas de bola, válvulas de obturador y válvulas de corredera. Aunque el purificador 94 del catalizador se muestra en la Fig. 4 estando separado del regenerador 92 del catalizador, un experto en la técnica apreciará que el purificador 94 del catalizador puede estar formado de manera integral con el regenerador 92 del catalizador. Un experto en la técnica también apreciará que, aunque la Fig. 4 muestra la tercera tubería 100 devolviendo el catalizador a la zona 318 de separación a través de la tubería 100, el catalizador también puede ser devuelto al retorno 338 de catalizador, la zona 336 de retención del catalizador y combinaciones de la zona 318 de separación, el retorno 338 de catalizador y la zona 336 de retención del catalizador.
Cuando está en funcionamiento, el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos, como se muestra en la Fig. 4, funciona de la siguiente manera. La zona 336 de retención del catalizador se llena con un catalizador adecuado para llevar a cabo la reacción de conversión de hidrocarburos deseada. El catalizador debe ser de un tipo que sea fluidizable. Para fluidizar el catalizador en la zona 336 de retención del catalizador y el retorno 338 de catalizador, se alimenta un agente fluidizante en el distribuidor 350 de fluido a través del conducto 352. El agente fluidizante se dispersa dentro de la carcasa 310 del aparato 300 de conversión de hidrocarburos mediante el dispersador 354. Los agentes fluidizantes útiles incluyen, pero no se limitan a, nitrógeno, vapor de agua, dióxido de carbono, hidrocarburos y aire. La elección del agente fluidizante depende del tipo de reacción de conversión que se realiza en el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos.
Una vez que el catalizador ha alcanzado un estado fluidizado aceptable, se alimenta una alimentación en el aparato 300 para la conversión de hidrocarburos a través del distribuidor 340 de alimentación. La alimentación entra en el cuerpo 342 del distribuidor 340 de alimentación, pasa a través de los cuellos del distribuidor 340 de alimentación y sale a través de las cabezas 346 del distribuidor 340 de alimentación. La alimentación es distribuida a cada uno de los reactores 330 elevadores a través de las bocas 335 en los primeros extremos 332 de los reactores 330 elevadores.
Un diferencial de presión creado por la velocidad de la alimentación que entra en los primeros extremos 332 de los reactores 330 elevadores y la presión de la altura del catalizador fluidizable en la zona 336 de retención del catalizador causa que el catalizador sea aspirado hacia los primeros extremos 332 de los reactores 330 elevadores. El catalizador es transportado a través de los reactores 330 elevadores bajo principios bien conocidos en los que la energía cinética de un fluido, en este caso la alimentación, se usa para mover otro fluido, en este caso el catalizador fluidizado. El catalizador y la alimentación viajan desde los primeros extremos 332 hasta los segundos extremos 334 de los reactores 330 elevadores. Según viajan el catalizador y la alimentación a través de los reactores 330 elevadores, la reacción de conversión de hidrocarburos tiene lugar y se produce un producto de conversión.
El (los) producto(s) de conversión, alimentación sin reaccionar, si hubiera, y el catalizador salen de los reactores 330 elevadores a través de sus segundos extremos 334, pasan a través del dispositivo 328 de recogida y el conducto 374 de transporte 374 y entran en la zona 318 de separación del catalizador en el primer extremo 314 de la carcasa 310. En la zona 318 de separación del catalizador, el producto de conversión y la alimentación sin reaccionar, si hubiera, son separados del catalizador por el separador 360. Deseablemente, el producto de conversión y la alimentación sin reaccionar, si hubiera, son separados por una serie de separadores 362 ciclónicos como se muestra en la Fig. 4. Además, al menos una parte del catalizador que sale de los reactores 330 elevadores contacta con el dispositivo 380 de impacto y es desviado desde los segundos extremos 376 del conducto 374 de transporte hacia la zona 324 estable.
Una vez que el catalizador ha sido separado, el producto de conversión y la alimentación sin reaccionar, si hubiera, son retirados de la carcasa 310 a través de las tuberías 364 para su procesado posterior, tal como separación y purificación. Una parte del catalizador cae a la zona 324 estable, en la cual el catalizador es retenido hasta que es retirado de la carcasa 310. El catalizador es retirado de la zona 324 estable a través de la salida 370 y puede ser enviado para su regeneración en el aparato 90 de regeneración del catalizador. La función del aparato 90 para la regeneración del catalizador se discute anteriormente junto con la descripción de la Fig. 1, y no será discutida con más detalle aquí. Una parte del catalizador en la zona 324 estable caerá fuera de la zona 324 estable hacia el retorno 338 de catalizador y será devuelta para que contacte con la alimentación.
Volviendo a la Fig. 4, la parte restante del catalizador, después de ser separada de los productos y la alimentación sin reaccionar, cae desde el primer extremo 314 de la carcasa 310 a través del retorno 338 de catalizador hasta la zona 336 de retención del catalizador. Desde la zona 336 de retención del catalizador, el catalizador es recirculado para su uso en la reacción de conversión de hidrocarburos.
En la Fig. 5 se muestran en sección transversal realizaciones representativas de posibles configuraciones de reactores elevadores y retornos de catalizador. La Fig. 5A muestra una posible configuración para los reactores 20 elevadores para el aparato 10 de conversión de hidrocarburos mostrado en la Fig. 1. Como se muestra en la Fig. 5A, los reactores 20 elevadores están contenidos dentro de una carcasa 26. Si están contenidos dentro de una carcasa 26, el área entre los reactores elevadores y la carcasa 26 está llena de un material 28 refractario. Los materiales 28 refractarios útiles incluyen arena, cemento, materiales cerámicos, ladrillos de alto contenido en alúmina que contienen mullita o corindón, ladrillos de alto contenido en sílice, ladrillos de magnesita, ladrillos aislantes del fuego de arcilla o caolín, o cualquier otro material resistente a altas temperaturas.
La Fig. 5B muestra una sección transversal de un aparato para la conversión de hidrocarburos similar al aparato 10 mostrado en la Fig. 1. En esta realización, los reactores 20 elevadores están de nuevo contenidos dentro de una carcasa 26. La carcasa 26 está llena de un material 28 refractario como se describió anteriormente. En esta realización, los retornos de catalizador están también contenidos dentro de la carcasa 26 y rodeados por el material 28 refractario.
La Fig. 5C muestra una posible configuración para los reactores 220 elevadores mostrados en la Fig. 3. En la realización mostrada en la Fig. 5C, el retorno 250 de catalizador se muestra estando posicionado de manera centrada en relación a los reactores 220 elevadores. Los reactores 220 elevadores y el retorno 250 de catalizador están contenidos dentro de una carcasa 226. El área entre los reactores elevadores y la carcasa 226 está llena de un material 228 refractario. Los materiales refractarios útiles se describieron anteriormente junto con la descripción de la Fig. 5A.
La Fig. 5D muestra una posible configuración para los reactores 330 elevadores mostrados en la Fig. 4. Como se muestra en la Fig. 5D, los reactores 330 elevadores están ubicados de manera centrada dentro de la carcasa 310. Como se describió anteriormente junto con la descripción de la Fig. 4, las paredes 331 de los reactores 330 elevadores y la carcasa 310 definen el retorno 338 de catalizador. El área entre los reactores 330 elevadores puede estar opcionalmente llena de un primer material 382 refractario. La carcasa 310 también puede estar opcionalmente llena de un segundo material 384 refractario. Los materiales refractarios útiles se describieron anteriormente junto con la descripción de la Fig. 5A. Con referencia continua a la Fig. 5D, un experto en la técnica apreciará que el primer material 382 refractario y el segundo material 384 refractario pueden ser el mismo o diferente material.
La Fig. 5E muestra otra posible configuración para los reactores 330 elevadores mostrados en la Fig. 4. Como se muestra en la Fig. 5E, los reactores 330 elevadores están ubicados de manera centrada dentro de la carcasa 310. En esta realización, los reactores 330 elevadores están contenidos dentro de una segunda carcasa 386 que tiene una pared 388. El retorno 338 de catalizador está definido por la pared 388 de la segunda carcasa 386 y la carcasa 310. Las áreas entre las paredes 331 de los reactores 330 elevadores y la pared 388 de la segunda carcasa 386 están llenas de un primer material 390 refractario. La carcasa 310 también puede estar llena de un segundo material 392 refractario. Los materiales refractarios útiles se describieron anteriormente junto con la descripción de la Fig. 5A. Con referencia continua a la Fig. 5E, un experto en la técnica apreciará que el primer material 390 refractario y el segundo material 392 refractario pueden ser el mismo o diferente material.
Aunque los reactores elevadores y los retornos de catalizador se muestran en las diversas Figuras teniendo una sección transversal circular, los reactores elevadores y los retornos de catalizador pueden tener cualquier sección transversal que facilite el funcionamiento del aparato para la conversión de hidrocarburos. Otras secciones transversales útiles para los reactores elevadores y los retornos de catalizador incluyen secciones transversales elípticas, secciones transversales poligonales y secciones transversales de secciones de elipses y polígonos. Las secciones transversales deseables para los reactores elevadores y los retornos de catalizador incluyen círculos y polígonos regulares con lados de longitudes iguales. Por "regulares", se quiere decir que la forma de la sección transversal no tiene segmentos lineales con vértices, dentro de los límites de la forma, que tengan ángulos mayores que 180º. Las secciones transversales más deseables son círculos, y triángulos, cuadrados, y hexágonos con lados de igual longitud. Los medios de determinar las áreas de sección transversal para cualquier forma de sección transversal se basan en principios geométricos establecidos desde hace mucho tiempo, bien conocidos por los expertos en la técnica. De manera similar, las secciones transversales deseables para la zona de separación incluyen círculos y polígonos regulares con lados de longitudes iguales. Las secciones transversales más deseables son círculos, y triángulos, cuadrados, y hexágonos con lados de igual longitud.
Aunque la posición de los reactores elevadores en relación a la zona de separación se muestra en las figuras como equidistante y simétrica, las configuraciones alternativas están dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, los reactores elevadores pueden estar posicionados en un lado de la zona de separación en una disposición hemisférica. Como otro ejemplo, cuando la zona de separación tiene una sección transversal circular o aproximadamente circular, los reactores elevadores pueden estar posicionados en una línea a lo largo del diámetro de la zona de separación. Un experto en la técnica apreciará que en la presente invención se puede utilizar una amplia variedad de configuraciones de los elevadores en relación a la zona de separación.
Un experto en la técnica apreciará además que los reactores elevadores múltiples del aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención se pueden formar dividiendo un único reactor elevador en una pluralidad de reactores elevadores más pequeños. Por ejemplo, un reactor más grande, que tenga una sección transversal circular, se podría dividir en varios reactores elevadores con forma de tarta. Como otro ejemplo, un reactor elevador que tenga una sección transversal cuadrada se podría dividir en una pluralidad de reactores elevadores que tengan secciones transversales bien rectangulares o bien cuadradas más pequeñas.
El aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención es útil para realizar la mayoría de procedimientos de conversión de hidrocarburos en los que se emplee un catalizador fluidizado. Las reacciones típicas incluyen, por ejemplo, reacciones de interconversión de olefinas, reacciones de conversión de compuestos oxigenados en olefinas, reacciones de conversión de compuestos oxigenados en gasolina, formulación de anhídridos maleicos, síntesis de metanol en fase de vapor, formulación de anhídridos ftálicos, reacciones de Fischer Tropsch, y formulación de acrilonitrilos.
El aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención es particularmente adecuado para realizar una reacción de conversión de compuestos oxigenados en olefinas. En una reacción de conversión de compuestos oxigenados en olefinas, un compuesto oxigenado se convierte en una olefina poniendo en contacto una alimentación de un compuesto oxigenado con un catalizador bajo condiciones suficientes para convertir el compuesto oxigenado en una olefina.
El procedimiento para convertir compuestos oxigenados en olefinas ligeras emplea una alimentación que incluye un compuesto oxigenado. Como se usa en la presente memoria, el término "compuesto oxigenado" se define para incluir, pero no se limita necesariamente a, hidrocarburos que contienen oxígeno tales como los siguientes: alcoholes alifáticos, éteres, compuestos carbonílicos (aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, carbonatos, y similares), y mezclas de los mismos. El resto alifático debería contener deseablemente entre 1 y 10 átomos de carbono, y de forma más deseable entre 1 y 4 átomos de carbono. Los compuestos oxigenados representativos incluyen, pero no se limitan necesariamente a, alcoholes alifáticos de bajo peso molecular de cadena lineal o de cadena ramificada, y sus homólogos insaturados. Los ejemplos de compuestos oxigenados adecuados incluyen, pero no se limitan necesariamente a, los siguientes: metanol; etanol; n-propanol; isopropanol; alcoholes C_{4} - C_{10}; éter metiletílico; éter dimetílico; éter dietílico; éter di-isopropílico; formiato de metilo; formaldehído; carbonato de dimetilo; carbonato de metiletilo; acetona; y mezclas de ellos. Deseablemente, el compuesto oxigenado usado en la reacción de conversión se selecciona del grupo que consiste en metanol, éter dimetílico y mezclas de los mismos. Más deseablemente el compuesto oxigenado es metanol. La carga total de alimentación a los reactores elevadores puede contener componentes adicionales, tales como diluyentes.
Se puede alimentar a los reactores elevadores uno o más diluyentes con los compuestos oxigenados, de tal modo que la mezcla de alimentación total comprenda diluyente en un intervalo de 1 por ciento en moles y 99 por ciento en moles. Los diluyentes que se pueden emplear en el proceso incluyen, pero no están limitados necesariamente a, helio, argón, nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno, agua, parafinas, otros hidrocarburos (tales como metano), compuestos aromáticos, y mezclas de ellos. Los diluyentes deseados incluyen, pero no se limitan necesariamente a, agua y nitrógeno.
Una parte de la alimentación se puede proporcionar al reactor en forma líquida. Cuando una parte de la alimentación se proporciona en forma líquida, la parte líquida de la alimentación puede ser compuesto oxigenado, diluyente o una mezcla de ambos. La parte líquida de la alimentación puede ser inyectada directamente en los reactores elevadores individuales, o arrastrada o llevada de otro modo hacia los reactores elevadores con la parte de vapor de la alimentación o un gas/diluyente portador adecuado. Proporcionando una parte de la alimentación (compuesto oxigenado y/o diluyente) en la fase líquida, la temperatura en los reactores elevadores puede ser controlada. El calor exotérmico de la reacción de conversión del compuesto oxigenado es absorbido parcialmente por el calor endotérmico de vaporización de la parte líquida de la alimentación. Controlar la proporción de alimentación líquida a alimentación en estado de vapor alimentadas al reactor es un posible método para controlar la temperatura en el reactor, y en particular en los reactores elevadores.
La cantidad de alimentación proporcionada en una forma líquida, ya sea alimentada independientemente o conjuntamente con la alimentación en estado de vapor, es de 0,1 por ciento en peso a 85 por ciento en peso del contenido de compuesto oxigenado total más diluyente en la alimentación. Más deseablemente, el intervalo es de 1 por ciento en peso a 75 por ciento en peso del compuesto oxigenado total más diluyente en la alimentación, y lo más deseablemente el intervalo es de 5 por ciento en peso a 65 por ciento en peso. Las partes líquida y de vapor de la alimentación pueden ser de la misma composición, o pueden contener proporciones variables de los mismos o diferentes compuestos oxigenados y los mismos o diferentes diluyentes. Un diluyente líquido particularmente eficaz es el agua, debido a su relativamente alto calor de vaporización, que permite un alto impacto sobre el diferencial de temperatura del reactor con una velocidad relativamente pequeña. Otros diluyentes útiles se describen anteriormente. La selección apropiada de la temperatura y presión de cualquier compuesto oxigenado y/o diluyente apropiados que se alimenten al reactor asegurará que al menos una parte esté en la fase líquida mientras entra en el reactor y/o entra en contacto con el catalizador o una parte en estado de vapor de la alimentación y/o diluyente.
Opcionalmente, la fracción líquida de la alimentación puede ser dividida en partes e introducida en reactores elevadores en una multiplicidad de ubicaciones a lo largo de la longitud de los reactores elevadores. Esto se puede hacer con la alimentación de compuesto oxigenado, con el diluyente o ambos. Típicamente, esto se hace con la parte diluyente de la alimentación. Otra opción es proporcionar una boquilla que introduzca la fracción líquida total de la alimentación en los reactores elevadores de una manera tal que la boquilla forme gotitas líquidas de una distribución de tamaños apropiada que, cuando sean arrastradas con el gas y sólidos introducidos en los reactores elevadores, se vaporicen gradualmente a lo largo de la longitud de los reactores elevadores. Se puede usar cualquiera de estas disposiciones o una combinación de las mismas para controlar mejor el diferencial de temperatura en los reactores elevadores. Los medios de introducir una multiplicidad de puntos de alimentación líquida en un reactor o diseñar una boquilla de alimentación líquida para controlar la distribución de tamaños de las gotitas son bien conocidos en la técnica y no se discuten aquí.
El catalizador adecuado para catalizar una reacción de conversión de compuesto oxigenado a olefina incluye un tamiz molecular y mezclas de tamices moleculares. Los tamices moleculares pueden ser zeolíticos (zeolitas) o no zeolíticos (no zeolitas). Los catalizadores útiles también pueden estar formados por mezclas de tamices moleculares zeolíticos y no zeolíticos. Deseablemente, el catalizador incluye un tamiz molecular no zeolítico. Los tamices moleculares deseados para el uso con una reacción de conversión de compuestos oxigenados a olefinas incluyen tamices moleculares de poro pequeño y medio. Los tamices moleculares de poro pequeño se definen como tamices moleculares con poros que tienen un diámetro menor que 5,0 Angstroms. Los tamices moleculares de poro medio se definen como tamices moleculares con poros que tienen un diámetro de 5,0 a 10,0 Angstroms.
Los tamices moleculares zeolíticos útiles incluyen, pero no se limitan a, mordenita, chabazita, erionita, ZSM-5, ZSM-34, ZSM-48 y mezclas de los mismos. Los métodos de obtención de estos tamices moleculares son conocidos en la técnica y no es necesario discutirlos aquí. Los tipos estructurales de tamices moleculares de poros pequeños que son adecuados para uso en la presente invención incluyen AEI, AFT, APC, ATN, ATT, ATV, AWW, BIK, CAS, CHA, CHI, DAC, DDR, EDI, ERI, GOO, KFI, LEV, LOV, LTA, MON, PAU, PHI, RHO, ROG, THO y sus formas sustituidas. Los tipos estructurales de tamices moleculares de poros medianos adecuados para uso en la presente invención incluyen MFI, MEL, MTW, EUO, MTT, HEU, FER, AFO, AEL, TON y sus formas sustituidas.
Los silicoaluminofosfatos ("SAPOs") son un grupo de tamices moleculares no zeolíticos que son útiles en una reacción de conversión de compuesto oxigenado a olefina. Los SAPOs comprenden una estructura cristalina microporosa tridimensional de unidades tetraédricas [SiO_{2}], [AlO_{2}] y [PO_{2}]. El modo en que se incorpora Si a la estructura se puede determinar por ^{29}Si MAS NMR. Véase Blackwell y Patton, J. Phys. Chem., 92, 3965 (1988). Los tamices moleculares de SAPO deseados exhibirán uno o más picos en el espectro de ^{29}Si MAS NMR, con un desplazamiento químico \delta(Si) en el intervalo de -88 a -96 ppm y con un área de pico combinada en ese intervalo de al menos 20 por ciento del área total de picos con un desplazamiento químico \delta(Si) en el intervalo de -88 a -115 ppm, en donde los desplazamientos químicos \delta(Si) se refieren a tetrametilsilano (TMS) externo.
Se desea que el tamiz molecular de silicoaluminofosfato usado en tal procedimiento tenga una relación Si/Al_{2} relativamente baja. En general, cuanto más baja sea la relación Si/Al_{2}, más baja será la selectividad de los saturados C_{1}-C_{4}, particularmente la selectividad del propano. Es deseable una relación Si/Al_{2} menor que 0,65, prefiriéndose una relación Si/Al_{2} no mayor que 0,40, y prefiriéndose particularmente una relación Si/Al_{2} no mayor que a 0,32.
Los tamices moleculares de silicoaluminofosfato se clasifican generalmente como materiales microporosos que tienen estructuras anulares con 8, 10, ó 12 miembros. Estas estructuras anulares pueden tener un tamaño medio de poro en el intervalo de 3,5 angstroms a 15 angstroms. Se prefieren los tamices moleculares SAPO de poro pequeño que tienen un tamaño medio de poro en el intervalo de 3,5 a 5 angstroms, más preferiblemente de 4,0 a 5,0 angstroms. Estos tamaños de poro preferidos son típicos de tamices moleculares que tienen anillos de 8 miembros.
En general, los tamices moleculares de silicoaluminofosfato comprenden una estructura molecular de unidades tetraédricas de [SiO_{2}], [AlO_{2}] y [PO_{2}] que comparten vértices. Este tipo de estructura es eficaz en transformar diversos compuestos oxigenados en productos olefínicos.
Los tamices moleculares de silicoaluminofosfato adecuados para el uso en un procedimiento de conversión de compuestos oxigenados en olefinas incluyen SAPO-5, SAPO-8, SAPO-11, SAPO-16, SAPO-17, SAPO-18, SAPO-20, SAPO-31, SAPO-34, SAPO-35, SAPO-36, SAPO-37, SAPO-40, SAPO-41, SAPO-42, SAPO-44, SAPO-47, SAPO-56, sus formas que contienen metales, y mezclas de los mismos. Se prefieren SAPO-18, SAPO-34, SAPO-35, SAPO-44 y SAPO-47, particularmente SAPO-18 y SAPO-34, incluyendo sus formas que contienen metal, y sus mezclas. Tal como se emplea en la presente memoria, el término mezcla es sinónimo de combinación y se considera una composi-
ción de materia que tiene dos o más componentes en proporciones variables, independientemente de su estado físico.
Se pueden mezclar materiales de tamiz molecular formadores de olefinas adicionales con el catalizador de silicoaluminofosfato si se desea. Existen varios tipos de tamices moleculares, cada uno de los cuales exhiben diferentes propiedades. Los tipos estructurales de tamices moleculares de poro pequeño que son adecuados para el uso en esta invención incluyen AEI, AFT, APC, ATN, ATT, ATV, AWW, BIK, CAS, CHA, CHI, DAC, DDR, EDI, ERI, GOO, KFI, LEV, LOV, LTA, MON, PAU, PHI, RHO, ROG, THO y sus formas sustituidas. Los tipos estructurales de tamices moleculares de poros medianos adecuados para el uso en la presente invención incluyen MFI, MEL, MTW, EUO, MTT, HEU, FER, AFO, AEL, TON y sus formas sustituidas. Los tamices moleculares preferidos que se pueden combinar con un catalizador de silicoaluminofosfato incluyen ZSM-5, ZSM-34, erionita y chabazita.
Los SAPOs sustituidos forman una clase de tamiz molecular conocida como "MeAPSOs", que también son útiles en la presente invención. Los procedimientos para preparar MeAPSOs se conocen en la técnica. Los SAPOs con sustituyentes, tales como los MeAPSOs, también pueden ser adecuados para su uso en la presente invención. Los sustituyentes adecuados, "Me", incluyen, pero no se limitan a, el níquel, el cobalto, el manganeso, el zinc, el titanio, el estroncio, el magnesio, el bario y el calcio. Los sustituyentes pueden ser incorporados durante la síntesis de los MeAPSOs. De forma alternativa, los sustituyentes pueden ser incorporados después de la síntesis de los SAPOs o de los MeAPSOs usando multitud de métodos. Estos métodos incluyen, pero no se limitan necesariamente a, intercambio iónico, humedad incipiente, mezcla en seco, mezcla húmeda, mezcla mecánica y combinaciones de los mismos.
Los MeAPSOs deseados son MeAPSOs de poro pequeño que tienen un tamaño de poro menor que 5 Angstroms. Los MeAPSOs de poro pequeño incluyen, pero no se limitan necesariamente, a NiSAPO-34, CoSAPO-34, NiSAPO-17, CoSAPO-17 y mezclas de los mismos.
Los aluminofosfatos (ALPOs) con sustituyentes, también conocidos como "MeAPOs", son otro grupo de tamices moleculares que pueden ser adecuados para el uso en una reacción de conversión de compuestos oxigenados en olefinas, siendo los MeAPOs deseados MeAPOs de poro pequeño. Los procesos para fabricar MeAPOs son conocidos en la técnica. Los sustituyentes adecuados incluyen, pero no se limitan necesariamente a, níquel, cobalto, zinc, titanio, estroncio, magnesio, bario y calcio. Los sustituyentes pueden ser incorporados durante la síntesis de los MeAPOs. De forma alternativa, los sustituyentes pueden ser incorporados después de la síntesis de los ALPOs o de los MeAPOs usando multitud de métodos. Los métodos incluyen, pero no se limitan necesariamente a, intercambio iónico, humedad incipiente, mezcla en seco, mezcla húmeda, mezcla mecánica y combinaciones de los mismos.
El tamiz molecular también se puede incorporar en una composición sólida, preferiblemente partículas sólidas, en las que el tamiz molecular está presente en una cantidad eficaz para catalizar la reacción de conversión deseada. Las partículas sólidas pueden incluir una cantidad catalíticamente eficaz del tamiz molecular y un material matriz, preferiblemente al menos uno entre un material de relleno y un material aglomerante, para proporcionar a la composición sólida una propiedad o propiedades deseadas, por ejemplo, una dilución de catalizador deseada, resistencia mecánica y otras similares. Dichos materiales que actúan de matriz a menudo son de naturaleza porosa en un determinado grado y a menudo presentan algo de actividad catalítica no selectiva que favorece la formación de productos no deseados, y que puede o no ser eficaz en promover la conversión química deseada. Dichos materiales constitutivos de la matriz, por ejemplo un relleno y un aglomerante, incluyen, por ejemplo, sustancias sintéticas y sustancias naturales, óxidos metálicos, arcillas, sílices, alúminas, óxidos mixtos de silicio y aluminio, óxidos mixtos de silicio y magnesio, óxidos mixtos de silicio y zirconio, óxidos mixtos de silicio y torio, óxidos mixtos de silicio y berilio, óxidos mixtos de silicio y titanio, óxidos mixtos de silicio y aluminio y torio, óxidos mixtos de silicio y aluminio y zirconio, y mezclas de estos materiales.
La composición sólida de catalizador comprende preferiblemente 1 por ciento a 99 por ciento, más preferiblemente 5 por ciento a 90 por ciento, y aún más preferiblemente 10 por ciento a 80 por ciento en peso de tamiz molecular; y una cantidad de 1 por ciento a 99 por ciento, más preferiblemente 5 por ciento a 90 por ciento, y aún más preferiblemente 10 por ciento a 80 por ciento en peso de material matriz.
La preparación de composiciones catalíticas sólidas, p.ej. partículas sólidas, que comprenden el tamiz molecular y el material matriz, es convencional y es bien conocida en la técnica y, por tanto, no será discutida en detalle aquí.
El catalizador puede contener además aglutinantes, cargas u otro material para proporcionar mejor rendimiento catalítico, resistencia al desgaste, regenerabilidad, y otras propiedades deseadas. Deseablemente, el catalizador es fluidizable bajo las condiciones de la reacción. El catalizador debe tener tamaños de partícula de entre 20 micrómetros y 3.000 micrómetros, deseablemente entre 30 micrómetros y 200 micrómetros, y más deseablemente entre 50 micrómetros y 150 micrómetros. El catalizador se puede someter a una diversidad de tratamientos para lograr las características físico-químicas deseadas. Dichos tratamientos incluyen, pero no se limitan necesariamente a, calcinación, molturación, molturación de bolas, trituración, secado por rociado, tratamiento hidrotermal, calcinación, tratamiento ácido, tratamiento básico, y combinaciones de los mismos.
Deseablemente, en una reacción de conversión de compuestos oxigenados a olefinas realizada en el aparato para la conversión de hidrocarburos de la presente invención, se emplea una velocidad gaseosa superficial en los reactores elevadores mayor que 1 metro por segundo (m/s). Como se usa en la presente memoria y en las reivindicaciones, el término "velocidad gaseosa superficial", se define como el caudal volumétrico de materia prima vaporizada, y cualquier diluyente, dividido por el área transversal del reactor. Debido a que el compuesto oxigenado es convertido en un producto que incluye una olefina ligera mientras fluye a través del reactor, la velocidad gaseosa superficial puede variar en ubicaciones diferentes dentro del reactor dependiendo del número total de moles de gas presentes y la sección transversal de una ubicación particular en el reactor, la temperatura, la presión y otros parámetros relevantes de la reacción. La velocidad gaseosa superficial, incluyendo cualesquiera diluyentes presentes en la materia prima, es mantenida a una velocidad mayor que 1 metro por segundo (m/s) en cualquier punto en el reactor. Deseablemente, la velocidad gaseosa superficial es mayor que 2 m/s. Más deseablemente, la velocidad gaseosa superficial es mayor que 2,5 m/s. Incluso más deseablemente, la velocidad gaseosa superficial es mayor que 4 m/s. Lo más deseablemente, la velocidad gaseosa superficial es mayor que 8 m/s.
Mantener la velocidad gaseosa superficial en estas velocidades aumenta el acercamiento al comportamiento de flujo de pistón de los gases que fluyen en los reactores elevadores. Cuando la velocidad gaseosa superficial aumenta por encima de 1 m/s, resulta una reducción en la difusión axial o retromezclado de los gases a partir de una reducción en la recirculación interna de los sólidos, que llevan gas con ellos. (El comportamiento de flujo de pistón ideal tiene lugar cuando los elementos del fluido homogéneo reaccionante se mueven a través de un reactor conforme el pistón se mueve paralelo al eje del reactor). Minimizar el retromezclado de los gases en el reactor aumenta la selectividad para las olefinas ligeras deseadas en la reacción de conversión del compuesto oxigenado.
Cuando la velocidad gaseosa superficial alcanza 1m/s o superior, una parte sustancial del catalizador en el reactor puede ser arrastrada con el gas que sale del los reactores elevadores. Al menos una parte del catalizador que sale de los reactores elevadores es recirculada para volver a entrar en contacto con la alimentación mediante el retorno de catalizador.
Deseablemente, la velocidad del catalizador, que comprende un tamiz molecular y cualesquiera otros materiales tales como aglutinantes, cargas, etc., recirculados para volver a entrar en contacto con la alimentación es de 1 a 100 veces, más deseablemente de 10 a 80 veces, y lo más deseablemente de 10 a 50 veces la velocidad de alimentación total, en peso, de compuestos oxigenados al reactor.
La temperatura útil para convertir compuestos oxigenados en olefinas ligeras varía sobre un amplio intervalo dependiendo, al menos en parte, del catalizador, la fracción de catalizador regenerado en una mezcla catalítica, y la configuración del aparato del reactor y el reactor. Aunque estos procedimientos no se limitan a una temperatura particular, los mejores resultados se obtienen si el procedimiento se realiza a una temperatura de 200ºC a 700ºC, deseablemente de 250ºC a 600ºC, y lo más deseablemente de 300ºC a 500ºC. Temperaturas inferiores generalmente dan como resultado menores velocidades de reacción, y la velocidad de formación de los productos olefínicos ligeros deseados puede hacerse sensiblemente más lenta. Sin embargo, a temperaturas mayores que 700ºC, el procedimiento puede no formar una cantidad óptima de productos olefínicos ligeros, y la velocidad a la cual se forman coque y compuestos saturados ligeros en el catalizador puede llegar a ser demasiado alta.
Las olefinas ligeras se formarán - -aunque no necesariamente en cantidades óptimas- - a un amplio intervalo de presiones, que incluyen, pero no se limitan a, presiones de 0,1 kPa a 5 MPa. Una presión deseada es de 5 kPa a 1 MPa y lo más deseablemente de 20 kPa a 500 kPa. Las anteriores presiones no incluyen la del diluyente, si está presente, y se refieren a la presión parcial de la alimentación en relación a los compuestos oxigenados y/o sus mezclas. Se pueden usar presiones fuera de los intervalos expuestos, y no están excluidas del alcance de la invención. Los extremos inferior y superior de la presión pueden afectar de manera adversa a la selectividad, conversión, velocidad de formación de coque, y/o velocidad de la reacción; sin embargo, aún se formarán olefinas ligeras y, por esta razón, estos extremos de presión se consideran parte de la presente invención.
Un amplio intervalo de WHSVs para la reacción de conversión de compuestos oxigenados, definida como el peso del compuesto oxigenado total alimentado a los reactores elevadores por hora por peso de tamiz molecular en el catalizador en los reactores elevadores, funciona con la presente invención. El compuesto oxigenado total alimentado a los reactores elevadores incluye todo el compuesto oxigenado, tanto en fase de vapor como en fase líquida. Aun que el catalizador puede contener otros materiales que actúan como inertes, cargas o aglutinantes, la WHSV se calcula usando sólo el peso de tamiz molecular en el catalizador en los reactores elevadores. La WHSV es deseablemente suficientemente elevada para mantener el catalizador en un estado fluidizado en las condiciones de reacción y dentro de la configuración y diseño del reactor. Normalmente, la WHSV se encuentra entre 1 h^{-1} y 5000 h^{-1},deseablemente entre 2 h^{-1} y 3000 h^{-1}, y lo más deseablemente entre 5 h^{-1} y 1500 h^{-1}. Los solicitantes han descubierto que el funcionamiento de la reacción de conversión de compuesto oxigenado a olefina a una WHSV mayor que 20 h^{-1} reduce el contenido de metano en el producto de la reacción de conversión. Así, la reacción de conversión se hace funcionar deseablemente a una WHSV de al menos 20 h^{-1}. Para una alimentación que comprende metanol, éter dimetílico, o mezclas de los mismos, la WHSV es deseablemente al menos 20 h^{-1}, y más deseablemente 20 h^{-1} a 300 h^{-1}.
Se prefiere particularmente que las condiciones de reacción para preparar olefinas a partir de un compuesto oxigenado comprendan una WHSV de al menos 20 h^{-1} y una Selectividad al Metano Normalizada a Temperatura Corregida (TCNMS) menor que 0,016. Tal como se emplea en la presente memoria, la TCNMS se define como la Selectividad al Metano Normalizada (NMS) cuando la temperatura es inferior a 400ºC. La NMS se define como el rendimiento del producto metano dividido por el rendimiento del producto etileno, en donde cada rendimiento se mide en una base de tanto por ciento en peso o se transforma a ésta. Cuando la temperatura es de 400ºC o más, la TCNMS se define por la siguiente ecuación, en la que T es la temperatura promedio dentro del reactor en ºC:
TCNMS = \frac{NMS}{1+(((T-400)/400) \ x \ 14.84).}
La conversión de compuestos oxigenados debe ser mantenida lo suficientemente elevada para evitar la necesidad de niveles comercialmente inaceptables de recirculación de la alimentación. Aunque se desea un 100 por ciento de conversión de compuesto oxigenado para el propósito de evitar completamente la recirculación de la alimentación, se observa una reducción en subproductos indeseados frecuentemente cuando la conversión es 98 por ciento o menos. Dado que recircular hasta tanto como 50 por ciento de la alimentación puede ser comercialmente aceptable, se desean tasas de conversión de 50 por ciento a 98 por ciento. Las tasas de conversión pueden ser mantenidas en este intervalo - - 50 por ciento a 98 por ciento- - usando varios métodos familiares a los expertos habituales en la técnica. Los ejemplos incluyen, pero no se limitan necesariamente a, ajustar uno o más de los siguientes: temperatura de reacción; la presión; caudal (velocidad espacial horaria ponderal y/o velocidad superficial gaseosa); índice de recirculación del catalizador; configuración del aparato del reactor; configuración del reactor; composición de alimentación; cantidad de alimentación líquida en relación a la alimentación en estado de vapor (como se discutirá más adelante); cantidad de catalizador recirculado; grado de regeneración del catalizador; y otros parámetros que afectan a la conversión.
Durante la conversión de compuestos oxigenados en olefinas ligeras, se acumulan depósitos carbonosos sobre el catalizador usado para promover la reacción de conversión. En algún punto, la acumulación de estos depósitos carbonosos causa una reducción en la capacidad del catalizador para convertir la alimentación de compuesto oxigenado en olefinas ligeras. En este punto, el catalizador se desactiva parcialmente. Cuando un catalizador ya no puede seguir transformando un compuesto oxigenado en un producto olefínico, se considera que el catalizador está desactivado totalmente. Como etapa opcional en una reacción de conversión de compuesto oxigenado a olefina, una parte del catalizador se extrae del reactor y al menos una parte de la parte retirada del reactor es regenerada parcialmente, si no totalmente, en un aparato de regeneración, tal como un aparato 90 de regeneración como el mostrado en la Fig. 4. Por regeneración, se quiere decir que los depósitos carbonosos son retirados al menos parcialmente del catalizador. Deseablemente, la parte del catalizador extraído del reactor está al menos parcialmente desactivada. La parte restante del catalizador en el reactor es recirculada sin regeneración, como se describe anteriormente. El catalizador regenerado, con o sin enfriamiento, es devuelto después al reactor. Deseablemente, la tasa de extracción de la parte del catalizador para regeneración es de 0,1 por ciento a 99 por ciento de la tasa de catalizador que sale del reactor. Más deseablemente, la tasa es de 0,2 por ciento a 50 por ciento, y, lo más deseablemente, de 0,5 por ciento a 5 por ciento.
Deseablemente, una parte del catalizador, que comprende tamiz molecular y cualesquiera otros materiales tales como aglutinantes, cargas, etc., es retirada del reactor para regeneración y recirculación de vuelta al reactor a una tasa de 0. veces a 10 veces, más deseablemente de 0,2 a 5 veces, y lo más deseablemente de 0,3 a 3 veces la tasa de alimentación total de compuestos oxigenados al reactor. Estas tasas pertenecen al catalizador que contiene tamiz molecular sólo, y no incluyen sólidos no reactivos. La tasa de sólidos totales, es decir, catalizador y sólidos no reactivos, retirados del reactor para regeneración y recirculación de vuelta al reactor variará en proporción directa con el contenido de sólidos no reactivos en los sólidos totales.
Deseablemente, la regeneración del catalizador se lleva a cabo en un aparato de regeneración en presencia de un gas que comprende oxígeno u otros oxidantes. Los ejemplos de otros oxidantes incluyen, pero no se limitan necesariamente a, O_{2} singlete, O_{3}, SO_{3}, N_{2}O, NO, NO_{2}, N_{2}O_{5} y mezclas de ellos. El aire y aire diluido con nitrógeno o CO_{2} son gases de regeneración deseados. La concentración de oxígeno en el aire puede ser reducida hasta un nivel controlado para minimizar el sobrecalentamiento de, o la creación de puntos calientes en, el regenerador. El catalizador también se puede regenerar reductivamente con hidrógeno, mezclas de hidrógeno y monóxido de carbono, u otros gases reductores adecuados.
El catalizador se puede regenerar en cualquier número de métodos - - discontinuo, continuo, semicontinuo, o una combinación de ellos. La regeneración continua del catalizador es un método deseado. Deseablemente, el catalizador se regenera hasta un nivel de coque remanente de 0,01 por ciento en peso a 15 por ciento en peso del peso del catalizador.
La temperatura de regeneración del catalizador debe ser de 250ºC a 750ºC, y deseablemente de 500ºC a 700ºC. Debido a que la reacción de regeneración tiene lugar a una temperatura considerablemente más alta que la reacción de conversión del compuesto oxigenado, puede ser deseable enfriar al menos una parte del catalizador regenerado hasta una temperatura más baja antes de que sea enviado de vuelta al reactor. Se puede usar un intercambiador de calor, no mostrado, localizado externamente al aparato de regeneración para retirar algo de calor del catalizador después de que haya sido extraído del aparato de regeneración. Cuando el catalizador regenerado es enfriado, es deseable enfriarlo a una temperatura que es de 200ºC más alta a 200ºC más baja que la temperatura del catalizador retirado del reactor. Más deseablemente, el catalizador regenerado se enfría a una temperatura de 10ºC a 200ºC más baja que la temperatura del catalizador retirado del reactor. Este catalizador enfriado se puede devolver después a alguna parte del reactor, del aparato de regeneración o de ambos. Cuando el catalizador regenerado del aparato de regeneración es devuelto al reactor, puede ser devuelto a cualquier parte del reactor. Puede ser devuelto al área de contención del catalizador para esperar el contacto con la alimentación, la zona de separación para contactar con los productos de la alimentación o una combinación de ambos.
Deseablemente, la regeneración del catalizador se lleva a cabo en un catalizador desactivado al menos parcialmente que ha sido despojado de la mayor parte de materiales orgánicos fácilmente retirables (orgánicos) en un purificador o cámara purificadora primero. Esta purificación puede ser lograda haciendo pasar un gas purificador sobre el catalizador gastado a una temperatura elevada. Los gases adecuados para la purificación incluyen vapor de agua, nitrógeno, helio, argón, metano, CO_{2}, CO, hidrógeno, y mezclas de los mismos. Un gas preferido es el vapor de agua. La velocidad espacial horaria gaseosa (GHSV, basada en el volumen de gas a volumen de catalizador y coque) del gas purificador es de 0,1 h^{-1} a 20.000 h^{-1}. Las temperaturas aceptables de purificación son de 250ºC a 750ºC, y deseablemente de 350ºC a 675ºC.
El método para preparar el producto olefínico preferido en esta invención puede incluir la etapa adicional de preparar las composiciones de compuesto oxigenado a partir de hidrocarburos tales como aceite, carbón, arena asfáltica, esquisto, biomasa y gas natural. Los métodos para fabricar las composiciones son conocidos en la técnica. Estos métodos incluyen la fermentación a alcohol o éter, fabricando gas de síntesis, transformando después el gas de síntesis en alcohol o éter. El gas de síntesis se puede producir por procedimientos conocidos tales como reformado por vapor, reformado autotérmico y oxidación parcial.
Un experto en la técnica también apreciará que las olefinas producidas mediante la reacción de conversión de compuestos oxigenados a olefinas de la presente invención pueden ser polimerizadas para formar poliolefinas, en particular polietileno y polipropileno. Los procedimientos para obtener poliolefinas a partir de olefinas son conocidos en la técnica. Se prefieren los procedimientos catalíticos. Particularmente preferidos son los sistemas catalíticos ácidos, los metalocenos y los catalizadores de Ziegler/Natta. Véanse, por ejemplo, las patentes de EE.UU. números 3.258.455; 3.305.538; 3.364.190; 5.892.079; 4.659.685; 4.076.698; 3.645.992; 4.302.565; y 4.243.691. En general, estos métodos implican poner en contacto el producto olefínico con un catalizador formador de poliolefinas a una presión y temperatura eficaces para formar el producto poliolefínico.
Un catalizador formador de poliolefinas preferido es un catalizador de metaloceno. El intervalo preferido de temperaturas de operación está entre 50ºC y 240ºC, y la reacción puede ser llevada a cabo a baja, media o alta presión, estando en cualquier punto dentro del intervalo entre 1 bar y 200 bar (0,1 MPa y 20 MPa). Para procedimientos llevados a cabo en disolución, se puede usar un diluyente inerte, y el intervalo preferido de presiones de operación se encuentra entre 10 bar y 150 bar (1 MPa y 15 MPa), con un intervalo de temperaturas preferido entre 120ºC y 230ºC. Para procedimientos en fase gaseosa, se prefiere que la temperatura se encuentre generalmente en un intervalo entre 60ºC y 160ºC, y que la presión de operación esté entre 5 bar y 50 bar (0,5 MPa y 5 MPa).
Además de poliolefinas, a partir de las olefinas producidas con el proceso de la presente invención o de las olefinas recuperadas de él, se pueden formar muchos otros derivados olefínicos. Estos incluyen, pero no se limitan a, aldehídos, alcoholes, ácido acético, alfa-olefinas lineales, acetato de vinilo, dicloruro de etileno y cloruro de vinilo, etilbenceno, óxido de etileno, etilenglicol, cumeno, alcohol isopropílico, acroleína, cloruro de alilo, óxido de propileno; ácido acrílico, cauchos de etileno-propileno, y acrilonitrilo, y trímeros y dímeros de etileno, propileno o butilenos. Los métodos de fabricación de estos derivados son bien conocidos en la técnica, y por tanto no serán discutidos aquí.

Claims (22)

1. Un aparato para la conversión de hidrocarburos, que comprende:
una pluralidad de reactores elevadores, teniendo cada uno de los reactores elevadores un primer extremo en el cual se puede alimentar un catalizador y un segundo extremo a través del cual el catalizador puede salir de los reactores elevadores;
una zona de separación provista para separar el catalizador de los productos de una reacción realizada en el aparato para la conversión de hidrocarburos;
un conducto de transporte que se extiende hacia la zona de separación y que proporciona comunicación fluida entre los segundos extremos de al menos dos de los reactores elevadores y la zona de separación, en donde el área de sección transversal más pequeña del conducto de transporte varía de la suma de las áreas de sección transversal más pequeña de la pluralidad de reactores elevadores hasta en no más que 20 por ciento; y
al menos un retorno de catalizador en comunicación fluida con la zona de separación y los primeros extremos de los reactores elevadores.
2. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1, que comprende además:
una zona de retención del catalizador entre el retorno de catalizador y el primer extremo de los reactores elevadores, provista para permitir la comunicación fluida entre el retorno de catalizador y el primer extremo de los reactores elevadores y contener catalizador.
3. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, en el que la pluralidad de reactores elevadores está en comunicación fluida con una pluralidad de conductos de transporte.
4. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, en el que la pluralidad de reactores elevadores está en comunicación fluida con un solo conducto de transporte.
5. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, en el que el conducto de transporte comprende además un dispositivo de recogida para conectar los segundos extremos de al menos dos de los reactores elevadores con el primer extremo del conducto.
6. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, en el que el área de sección transversal más pequeña del conducto de transporte es al menos igual a la suma de las áreas de sección transversal más pequeñas de los reactores elevadores en comunicación fluida con él.
7. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, en el que el área de sección transversal más pequeña del conducto de transporte varía hasta en no más que 10 por ciento de la suma de las áreas de sección transversal más pequeñas de los reactores elevadores en comunicación fluida con él.
8. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1, en donde el aparato para la conversión de hidrocarburos incluye al menos cuatro reactores elevadores.
9. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 2, en el que los reactores elevadores están contenidos dentro de una carcasa común que tiene una pared y primer y segundo extremos, y en el que los reactores elevadores y la pared de la carcasa común definen la zona de retención del catalizador.
10. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, en el que el retorno de catalizador está posicionado externamente a los reactores elevadores.
11. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, en el que el número de los retornos de catalizador es igual al número de los reactores elevadores.
12. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, que comprende además:
un distribuidor de alimentación que incluye al menos una cabeza de alimentación posicionada de manera adyacente a los primeros extremos de los reactores elevadores, en donde el distribuidor de alimentación proporciona alimentación a los reactores elevadores en corrientes sustancialmente iguales a través de las cabezas de alimentación.
13. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1, que comprende además:
\newpage
un distribuidor de alimentación que incluye al menos una cabeza de alimentación posicionada de manera adyacente a los primeros extremos de los reactores elevadores, en donde el distribuidor de alimentación incluye un dispositivo de control de flujo que proporciona la alimentación a los reactores elevadores a través de las cabezas de alimentación.
14. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, que comprende además una pluralidad de retornos de catalizador y un dispositivo de control de flujo posicionado en cada uno de los retornos de catalizador.
15. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, que comprende además un regenerador del catalizador en comunicación fluida con el aparato para la conversión de hidrocarburos.
16. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 15, que comprende además un purificador del catalizador en comunicación fluida con el aparato para la conversión de hidrocarburos y el regenerador del catalizador.
17. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1 ó 2, en el que la zona de separación incluye al menos un separador seleccionado del grupo que consiste en un separador ciclónico, un filtro, un dispositivo de impacto y combinaciones de los mismos.
18. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1, en el que cada uno de los reactores elevadores tiene un área de sección transversal no mayor que 12 m^{2}.
19. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1, en el que cada uno de los reactores elevadores tiene una altura de entre 10 metros y 70 metros.
20. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 1, en el que el área de sección transversal más pequeña de uno cualquiera de los reactores elevadores varía hasta en no más que 20 por ciento del área de sección transversal más pequeña de cualquier otro de los reactores elevadores.
21. Un procedimiento de conversión de hidrocarburos, que comprende:
(a)
alimentar un catalizador fluidizable y una alimentación a una pluralidad de reactores elevadores, siendo la pluralidad de reactores elevadores parte de un único aparato para la conversión de hidrocarburos;
(b)
poner en contacto la alimentación con el catalizador en la pluralidad de reactores elevadores bajo condiciones eficaces para convertir la alimentación en un producto;
(c)
consolidar la salida de al menos dos de los reactores elevadores en un conducto para el transporte hacia una zona de separación, en donde el área de sección transversal más pequeña del conducto varía de la suma de las áreas de sección transversal más pequeñas de la pluralidad de reactores elevadores hasta en no más que 20 por ciento;
(d)
separar el catalizador del producto en la zona de separación, estando la zona de separación en comunicación fluida con al menos dos de los reactores elevadores mediante el conducto; y
(e)
retornar el catalizador desde la zona de separación hasta la pluralidad de reactores elevadores.
22. El aparato para la conversión de hidrocarburos de la reivindicación 21, que comprende además:
(f)
regenerar una parte del catalizador en un regenerador del catalizador para formar catalizador regenerado, que es devuelto al aparato para la conversión de hidrocarburos; y
(h)
recircular la parte restante del catalizador sin regeneración.
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