PL186900B1

PL186900B1 - Sposób usuwania osadu węglowego katalizatorów

Info

Publication number: PL186900B1
Application number: PL95310694A
Authority: PL
Inventors: Raghu K. Menon; Ramakrishnan Ramachandran
Original assignee: Boc Group Inc
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 2004-03-31
Also published as: PL310694A1; CN1131584A; ZA957446B; NO953465L; CA2155389C; TR199501186A2; KR0160000B1; AU688555B2; NO953465D0; NO313989B1; CN1066350C; CA2155389A1; US5565089A; EP0704515B1; AU3171195A; EP0704515A2; EP0704515A3; DE69525122T2; DE69525122D1; ES2166804T3

Abstract

1. Sposób usuwania osadu weglowego katalizatorów, w okreslonym materiale cza- steczkowym w obecnosci mieszaniny gazowej zawierajacej tlen i dwutlenek wegla, zwlasz- cza przez spalanie, znamienny tym, ze spala sie paliwo z powietrzem w strefie spalania za- wierajacej material czasteczkowy, przy czym podgrzewa sie material czasteczkowy i wytwa- rza sie spaliny zawierajace dwutlenek wegla i azot, separuje sie azot od spalin, przy czym wytwarza sie gaz wzbogacony w dwutlenek wegla, przynajmniej czesciowo zastepuje sie powietrze tlenem i gazem wzbogaconym w dwutlenek wegla, a nastepnie, po zastapieniu powietrza w okreslonym zakresie, utrzymuje sie koncentracje dwutlenku wegla w gazie obie- gowym na okreslonym poziomie. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania osadu węglowego katalizatorów.

Wynalazek ma zastosowanie zwłaszcza do regeneracji zużytych katalizatorów przez spalanie.

Pewne procesy rafinacji ropy naftowej, takie jak krakowanie katalityczne, reformowanie katalityczne, izomeryzacja, i temu podobne, są przeprowadzane w podwyższonych temperaturach w obecności katalizatora. W niektórych procesach pojawia się osad węglowy w katalizatorze, czyli na katalizatorze osadza się koks, przez co po pewnym czasie katalizator stopniowo traci swoją aktywność. Dla odzyskania aktywności katalizatora, katalizator musi być okresowo regenerowany, co zwykle przeprowadza się przez spalanie koksu w podwyższonych temperaturach w obecności gazu zawierającego tlen, takiego jak powietrze, albo powietrze wzbogacone w tlen.

Proces katalityczny może być przeprowadzany przy wykorzystaniu dowolnej procedury, na przykład procesu ze stałą warstwą, w którym to przypadku reakcja katalityczna i regeneracja katalityczna są przeprowadzane w pojedynczym naczyniu, albo może być jednym z procesów z ruchomym katalizatorem, takim jak proces z warstwą przenoszoną, albo proces z warstwą fluidalną, w którym reakcja katalityczna jest przeprowadzana w jednym naczyniu, a regeneracja katalizatora jest przeprowadzana w innym naczyniu. Główną zaletą tych procesów z ruchomym katalizatorem, w porównaniu z procesami z nieruchomą warstwą jest to, że w procesach z ruchomym katalizatorem reakcja może być przeprowadzana w sposób ciągły, natomiast w procesach z nieruchomą warstwą, reakcja katalityczna musi być okresowo kończona, w celu regeneracji katalizatora.

W układach z ruchomym katalizatorem, węglowodory, gorący świeżo zregenerowany katalizator oraz ewentualnie para, są ciągle doprowadzane do reaktora. Gorący katalizator powoduje reakcję węglowodorów prowadzącą do wytworzenia szeregu cennych produktów węglowodorowych, które mogą mieć mniejszy ciężar cząsteczkowy niż doprowadzane węglowodory. Podczas przebiegu reakcji katalizator zostaje zanieczyszczony osadami węglowymi i traci swoją aktywność katalizującą. Produkty węglowodorowe i zanieczyszczony katalizator są rozdzielane i opuszczają reaktor. Produkty węglowodorowe są wysyłane do jednostki separacji węglowodorów w celu odzyskania różnych produktów, a zanieczyszczony katalizator jest transportowany do regeneratora katalizatora w celu usunięcia koksu z katalizatora.

Skuteczność regeneratora do wypalania koksu z katalizatora bezpośrednio określa jakość przeprowadzania etapu reakcji wodorowęglowej (czyli krakowania). Etap regeneracji dostarcza zreaktywowany katalizator i ciepło dla etapu endotermicznego krakowania węglowodorów. Katalizator jest podgrzewany podczas etapu regeneracji, a gorący katalizator jest transportowany do reaktora, gdzie styka się z dostarczanymi węglowodorami i wywołuje reakcję.

Ilość gazu zawierającego tlen (na przykład powietrza) obecnego w regeneratorze określa ilość koksu, który może być wypalony z katalizatora. Kinetyka i wydajność procesu spalania również określa koncentracje stanu ustalonego węgla powracającego do reaktora na reaktywowanym katalizatorze i ilość koksu w zużytym katalizatorze wchodzącym do regeneratora. Na ogół, im wydajniej reaktywowany jest katalizator, tym lepsza jest aktywność reakcji węglowodorowej i selektywność, a im większa będzie zdolność cięższego przebiegu procesu, tym słabszą jakość będzie miał materiał poddawany temu procesowi.

Szybkość spalania koksu jest zwykle kontrolowana przez regulację ilości tlenu wchodzącego do strefy spalania koksu podczas regeneracji katalizatora. Tradycyjnie, regeneracja katalizatora była przeprowadzana przy użyciu powietrza jako gazu zawierającego tlen. Azot w powietrzu służy do usuwania ciepła ze strefy reakcji, łagodząc spalanie. Jeśli konieczne jest zwiększenie szybkości spalania, przepływ powietrza przez strefę regeneracji jest zwiększany. To czasem powoduje niepożądany efekt zwiększenia szybkości przepływu gazu przez strefę spalania, co może spowodować nadmierne zużycie i utratę katalizatora oraz nadmierne zużycie sprzętu. Dla uniknięcia tych efektów, część ostatnich ulepszeń koncentrowała się wokół użycia innych mieszanin gazu obojętnego i tlenu, takich jak mieszaniny tlenu i dwutlenku węgla dla regeneracji katalizatora. Dwutlenek węgla ma większą pojemność cieplną niż azot. Zatem, ta sama ilość przenoszenia ciepła może być uzyskana przy mniejszej objętości dwutlenku węgla niż przy użyciu azotu, co oznacza, ze doprowadzany gaz może być bogatszy w tlen.

186 900

W przypadku ciągłych procesów regeneracji, takich jak fluidalne krakowanie katalityczne, daje to dalszą zaletę polegającą na tym, że dodatkowe węglowodory mogą być przetwarzane w reaktorze krakowania o danych rozmiarach. Użycie mieszanin tlenu i dwutlenku węgla w jednostkach FCC przedstawiono w amerykańskich opisach patentowych nr 4,304,659 i 4,388,218. Rozwiązanie według opisu patentowego nr 4,354,925 dotyczy zastosowania mieszanin tlenu i dwutlenku węgla do regeneracji katalizatora metalu szlachetnego w piecu do reformowania katalitycznego.

Jedną z trudności związanych z użyciem mieszanin tlenu i dwutlenku węgla jest dostarczenie źródeł tlenu i dwutlenku węgla. Tlen może być łatwo wytwarzany przez generator tlenu. Żywotność procesu regeneracji opartej na tlenie i dwutlenku węgla jest określona przez zdolność do oszczędnego uzyskania dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla może także być dostarczany odzyskowego dwutlenku węgla wytwarzanego podczas spalania osadów węglowych, jak przedstawiono w amerykańskim opisie patentowym nr 4,542,114. Zgodnie z przedstawionym znanym rozwiązaniem, w pewnych przypadkach można doprowadzić do układu rozcieńczający dwutlenek węgla.

Powyższe odniesienia do stanu techniki dotyczą działania procesu usuwania osadu węglowego przy użyciu mieszanin czystego tlenu i dwutlenku węgla.

Zgodnie ze sposobem usuwania osadu węglowego katalizatorów według wynalazku, w pierwszym etapie, substancję cząsteczkową podgrzewa się przez spalanie paliwa z powietrzem w obecności substancji cząsteczkowej. Spalanie wytwarza mieszaniny spalinowe składające się z azotu i dwutlenku węgla. Spaliny zwykle zawierają również małe ilości innych zanieczyszczeń, takich jak tlenki siarki i tlenki azotu. Spaliny występują w regeneratorze, a następnie wprowadza się je do urządzenia separującego, w którym azot oddziela się od innych składników spalin i usuwa do otoczenia, albo wykorzystuje się. Cały albo część pozostałego strumienia gazu, który składa się głównie z dwutlenku węgla, zawraca się do reaktora, z jednoczesnym wprowadzaniem tlenu do reaktora. Gdy zwiększa się objętość dwutlenku węgla i tlenu wprowadzanych do reaktora, ogranicza się przepływ powietrza do reaktora. Względna ilość każdego z gazów wchodzących do reaktora jest regulowana dla utrzymania szybkości spalania na wymaganym poziomie. Ewentualnie, uzyskuje się wymagany stopień wymiany powietrza przez gaz odzyskowy z tlenem i dwutlenkiem węgla. Następnie, ilości tlenu i dwutlenku węgla, oraz ewentualnie powietrza, wprowadzane do reaktora reguluje się w celu optymalizacji całego procesu.

Przejście od działania z powietrzem do działania z tlenem i dwutlenkiem węgla może mieć miejsce, gdy układ już pracuje z powietrzem używanym jako źródło tlenu, albo gdy układ jest uruchamiany w stanie zimnym. W poprzednim przypadku koks na danej substancji będzie służył jako paliwo do wytwarzania dwutlenku węgla. Wykonanie to może być wykorzystane w procesach przerywanych albo ciągłych.

Jeśli proces rozpoczyna się w stanie zimnym, może być zapoczątkowany przy użyciu świeżej substancji cząsteczkowej albo równorzędnej substancji cząsteczkowej, czyli substancji cząsteczkowej z wcześniejszego obiegu, która jest czysta albo zanieczyszczona koksem. W innym razie, ciekłe albo gazowe paliwo węglowodorowe, takie jak olej napędowy, może być użyte do wytwarzania dwutlenku węgla i do podgrzania substancji cząsteczkowej do wymaganej temperatury roboczej. Gdy temperatura osiąga punkt, w którym koks zaczyna się palić, użycie paliwa może być zakończone, a proces kontynuowany przy użyciu koksu jako paliwa. Ten przykład wykonania jest szczególnie korzystny, gdy proces jest ciągły, czyli gdy proces jest procesem fluidalnej reakcji katalitycznej ze świeżo zregenerowanym katalizatorem przesyłanym od regeneratora katalizatora do reaktora krakowania i katalizatorem z osadem koksowym przesyłanym od reaktora do regeneratora.

Gdy układ osiąga stan równowagi, mieszanina tlenu i dwutlenku węgla, albo tlenu, dwutlenku węgla i powietrza (albo inne mieszaniny tlenu i gazu obojętnego) mogą być użyte do podtrzymania etapu spalania koksu.

Dwutlenek węgla oddziela się od lżejszych składników za pomocą dowolnych środków, włączając adsorpcję, absorbcję, skraplanie, destylację albo separację błonową. W korzystnym wykonaniu, separację przeprowadza się przez adsorpcję z wahaniami ciśnienia przy użyciu adsorbentu wybranego pomiędzy żelem krzemionkowym, aktywowanym tlenkiem glinowym,

186 900 zeolitami albo ich mieszaninami, które korzystnie adsorbują dwutlenek węgla przed innymi składnikami spalin. Separacja przez adsorpcję z wahaniami ciśnienia wykorzystuje adsorbent z żelu krzemionkowego .

W innym korzystnym przykładzie wykonania, materiał cząsteczkowy jest węglowodorowym katalizatorem krakowania, a etap regeneracji katalizatora jest częścią ciągłego procesu obejmującego etap przetwarzania katalitycznego węglowodoru, w którym katalizator zostaje zanieczyszczony koksem, i etap regeneracji katalizatora, w którym osady węglowe są wypalane z katalizatora. W przykładzie wykonania według wynalazku, proces jest procesem fluidalnego krakowania katalicznego.

Proces adsorpcji z wahaniami ciśnienia przeprowadza się przy ciśnieniu bezwzględnym w zakresie od 2 do 5 xlO⁵ Pa, a etap regeneracji adsorbentu w procesie adsorpcji z wahaniami ciśnienia przeprowadza się przy ciśnieniu bezwzględnym w zakresie od 26664,4 do 266644 Pa.

Regenerację katalizatora przeprowadza się w warunkach, które umożliwiają wytwarzanie znacznych ilości jednotlenku węgla, a następnie spala się jednotlenek węgla dla otrzymania dwutlenku węgla.

Katalizator zawiera nieruchomą warstwę.

Powietrze częściowo zastępuje się tlenem i gazem wzbogaconym w dwutlenek węgla.

Korzystnie powietrze całkowicie zastępuje się tlenem i gazem wzbogaconym w dwutlenek węgla.

Poziom dwutlenku węgla w gazie obiegowym utrzymuje się na określonym poziomie przez kontynuację separacji azotu od spalin.

Separację azotu od spalin kończy się i zawraca się spaliny bezpośrednio do strefy spalania po osiągnięciu określonego stopnia wymiany powietrza.

W sposobie według wynalazku początkowo uzyskuje się mieszaninę roboczą tlenu i dwutlenku węgla. Wynalazek obejmuje wydajny i oszczędny sposób rozpoczynania procesu usuwania osadu węglowego katalizatora w oparciu o tlen i dwutlenek węgla.

Wynalazek obejmuje sposób usuwania osadów węglowych z materiału cząsteczkowego, i jest szczególnie użyteczny do regenerowania katalizatorów zanieczyszczonych węglem używanych w operacjach przetwarzania ropy naftowej.

Rozwiązanie według wynalazku jest bliżej objaśnione w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu regeneracji fluidalnego katalizatora krakowania, stosowanego w procesie według wynalazku.

Sposób według wynalazku dotyczy usuwania osadu węglowego z dowolnego materiału cząsteczkowego, pokrytego węglem, włączając w to materiały takie jak katalizatory fluidalnego krakowania katalitycznego, katalizatory reformowania, katalizatory koksowania. Dla uproszczenia, wynalazek będzie opisany szczegółowo w zastosowaniu do regeneracji katalizatorów fluidalnego krakowania katalitycznego.

Pomocniczy sprzęt, który nie jest konieczny do zrozumienia wynalazku, włączając w to zawory, sprężarki, wymienniki ciepła i kotły na ciepło odpadkowe, został dla uproszczenia pominięty na rysunku. Rysunek ilustruje układ krakowania katalicznego fluidalnej warstwy węglowodorowej, zawierający reaktor krakowania katalicznego 2, regenerator 4 i separator gazu azotowego 6.

Reaktor pionowy 2. jest dowolnym reaktorem krakowania katalitycznego złoża fluidalnego. Na rysunku jest przedstawiony jako reaktor typu pionowego z pionową częścią 8 i częścią rozłączania 10. Część rozłączania 10 separuje krakowany produkt gazowy od zakoksowanego katalizatora. Ponadto, reaktor jest wyposażony w jeden albo więcej separatorów cyklonowych (nie pokazano), które są umieszczone obok jego górnego końca. Po tym rozłączeniu, pary węglowodorowe zatrzymane w katalizatorze są usuwane z niego z parą. Część pionowa 8. jest wyposażona na swoim dolnym końcu w linię doprowadzającą węglowodór 14 i linię parową 16. Przewód transportowy regenerowanego katalizatora 18 zapewnia płynną komunikację między regeneratorem 4 a linią doprowadzającą reaktant 12. Część rozłączania 10, umieszczona na górnym końcu części pionowej 8, jest wyposażona na swoim górnym końcu w linię wydalania produktu węglowodorowego 20 a na swoim dolnym końcu, w linię transportową zużytego katalizatora 22, która jest połączona z regeneratorem 4.

186 900

Regenerator 4 jest typowym regeneratorem katalizatora z warstwą fluidalną, i jest zwykle wyposażony w jeden albo więcej układów separatorów cyklonowych (nie pokazano). Separatory cyklonowe służą do odzyskiwania katalizatora ze spalin regeneratora. Projekt, konstrukcja i szczegóły działania powyższych jednostek są znane dla specjalistów z dziedziny katalitycznego krakowania fluidalnego i nie wchodzą w zakres wynalazku.

Regenerator 4 jest wyposażony w linię doprowadzającą gaz 24 do regeneratora, która jest wyposażona w linię doprowadzającą powietrze 26 i linię doprowadzającą tlen 28. Regenerator 4 jest także wyposażony w linię wlotową paliwa 30, która jest połączona z jedną albo więcej dyszami wtryskowymi umieszczonymi wewnątrz regeneratora 1 (nie pokazano) i linię wylotową spalin 32, która jest umieszczona na wierzchołku regeneratora. Linia 32 jest połączona z ewentualnie zastosowanym kotłem dla jednotlenku węgla 68, a wylot kotła CO jest połączony z linią odpowietrzającą 34, której przepływ jest sterowany przez zawór 36, i linią 38, która jest połączona przez zawór 40 z linią odzysku dwutlenku węgla 42. Linia 42 łączy linię doprowadzającą gaz 24. Linia 44 łączy linię 38 z separatorem 6.

Separator 6. jest dowolnym urządzeniem, które separuje azot od dwutlenku węgla. Typowymi środkami separacji są jednostki adsorpcyjne, jednostki absorpcyjne, jednostki destylacyjne, skraplacze ochładzające i półprzepuszczalne jednostki membranowe. Jednostki adsorpcyjne są korzystniejsze od innych typów separatorów, ponieważ wymagają mniejszych nakładów finansowych i są tańsze w użyciu, a adsorpcja jest łatwiej dostosowywana do warunków dynamicznych występujących podczas rozruchu układu. Mają one dodatkową zaletę nad niskotemperaturowymi jednostkami destylacyjnymi i skraplaczami ochładzającymi, polegającą na pracy w temperaturach i ciśnieniach podobnych do tych, w strumieniu procesu. Zatem, nie ma potrzeby chłodzić gorących gazów wydechowych opuszczających regenator 4 do niskich temperatur, a następnie podgrzewać odseparowany produkt gazowy bogaty w dwutlenek węgla z separatora 6 do temperatur, przy których może być wprowadzony do regeneratora 4, co jest główną zaletą. Jednostki adsorpcyjne mają zaletę nad jednostkami membranowymi, polegającą na zapotrzebowaniu na mniejsze podtrzymanie i pracy przy względnie niskich ciśnieniach. W przykładach wykonania wynalazku, separator 6. jest układem adsorpcyjnym z wahaniami ciśnienia. Najkorzystniejszymi adsorbentami są żel krzemionkowy i węgiel aktywny.

Jeśli separator 6 jest układem adsorpcji z wahaniami ciśnienia, może być prostym adsorberem albo baterią adsorberów połączonych równolegle i/albo szeregowo. W korzystnych wykonaniach, separator 6 zawiera dwa albo więcej adsorberów połączonych równolegle i nie będących w fazie dla zapewnienia pseudo-ciągłego przepływu gazu bogatego w dwutlenek węgla. Na rysunku, separator 6 składa się z dwóch naczyń adsorpcyjnych, 6A i 6B, które są połączone równolegle i przeznaczone do pracy w alternatywnej obsłudze adsorpcyjno-desorpcyjnej.

Adsorpcja z wahaniami ciśnienia jest znana w procesie separacji składników mieszaniny gazów, poprzez różnicę stopnia adsorpcji między nimi na danym adsorbencie w warstwie stacjonarnej. Zwykle, dwie albo więcej takich warstw wykorzystuje się w cyklicznym procesie obejmującym adsorpcję pod względnie wysokim ciśnieniem i desorpcję, albo regenerację warstwy pod względnie niskim ciśnieniem, albo w próżni. Cykl może obejmować etapy inne od podstawowych etapów adsorpcji i regeneracji. Projekt, konstrukcja i szczegóły działania separatora 6, niezależnie czy jest to układ adsorpcji z wahaniami ciśnienia czy inny typ układu separacji, są znane i nie tworzą części wynalazku.

Przykład adsorpcji według wynalazku może być przeprowadzony przy użyciu dowolnego adsorbentu albo mieszaniny adsorbentów, które selektywnie adsorbują dwutlenek węgla z mieszanin dwutlenku węgla i azotu. Odpowiednimi adsorbentami są sita molekularne, węgle aktywne, gliny aktywowane, żele krzemionkowe, aktywne tlenki glinowe i temu podobne. Sita molekularne obejmują fosforany glinowe, fosforany krzemionkowo-glinowe i zeolity. Typowe zeolity obejmują zeolity naturalne, jak chabazyt, klinoptylolit, erionit, faujazyt, mordenit i temu podobne oraz zeolity syntetyczne, jak zeolity typu X, zeolity typu A i zeolity typu Y. Korzystnymi adsorbentami są zel krzemionkowy, węgiel aktywny, aktywny tlenek glinowy, molekularne sita zeolitowe i ich mieszaniny.

Jeśli adsorbentem jest sito molekularne, to często wymagane jest połączenie go za pomocą spoiwa. Jako spoiwo dla adsorbentu można zastosować dowolny naturalny albo syntetyczny

186 900 materiał spajający, albo mieszaninę takich materiałów. Odpowiednie spoiwa ilaste obejmują kaolin, bentonit, montmorylonit, atapulgit i temu podobne. Wybór spoiwa i sposoby skupiania adsorbentu i spoiwa są znane specjalistom z tej dziedziny i nie stanowią części wynalazku.

Proces adsorpcji jest na ogół przeprowadzany w temperaturach z zakresu od 0 do 200°C, a korzystnie w temperaturach w zakresie od 15 do 150°C. Etap adsorpcji z cyklu zwykle przeprowadza się przy ciśnieniach bezwzględnych w zakresie od 1do 10 xl0ra, a korzystnie przeprowadza się przy ciśnieniach bezwzględnych w zakresie od 2 do 5 xl0⁵ Pa. Etap regeneracji adsorbentu w cyklu, zwykle przeprowadza się przy ciśnieniu bezwzględnym 26664,4 do 399966 Pa, a korzystnie przeprowadza się przy ciśnieniu bezwzględnym 26664,4 do 266644 Pa.

Linia 44 układu przedstawionego na rysunku jest połączona z naczyniem adsorbera 6A przez zawór doprowadzający 46 i linię doprowadzającą 48, i z naczyniem adsorbera 6B przez zawór doprowadzający 50 i linię doprowadzającą 52. Linia obiegowa dwutlenku węgla 42 jest połączona z adsorberem 6A przez zawór 54 i linię 48, a z adsorberem 6B przez zawór 56 i linię 52. Naczynia 6A i 6B są połączone z linią wentylacyjną, azotu 58 przez linię 60 i zawór 62, i odpowiednio przez linię 64 i zawór 66.

Wylot gazu wylotowego z regeneratora 4 jest zwykle wyposażony w środki chłodzące (nie pokazane) dla odzysku ciepła z gazu wydechowego i do ograniczania temperatury gazu do zakresu, w którym przeprowadza się separację w separatorze 6. Czasem konieczne jest użycie regeneratora 4, w warunkach, w których wytwarza się znaczne ilości jednotlenku węgla. W takich przypadkach część, albo cały jednotlenek węgla może być przetwarzany na dwutlenek węgla w reaktorze jednotlenku węgla 68, który w przedstawionym przykładzie wykonania jest umieszczony w linii 32. Gaz wydechowy z regeneratora jest zwykle również poddawany dodatkowym stopniom usuwania cząsteczek. Reaktor jednotlenku węgla 68 również ułatwia usuwanie cząsteczek.

Rozruch układu zostaje podjęty przy pracy adsorbcyjnej adsorbera 6A albo adsorbera 6B. W następującym opisie zostanie wyjaśnione działanie układu z adsorberami 6A i 6B początkowo w trybach adsorpcji i regeneracji, odpowiednio. Zawory 46 i 62 są otwarte, a wszystkie inne zawory są zamknięte. Reaktor 6 jest napełniony katalizatorem, którym może być świeży albo zregenerowany katalizator, lub równoważnik katalizatora, czyli katalizator z wcześniejszego obiegu, oraz mieszanina paliwa i powietrza. Paliwo, zwykle olej napędowy, jest wprowadzane do regeneratora 4 przez linię 30, a powietrze jest doprowadzane przez linie 26 i 24. Mieszanina powietrza i paliwa jest spalana w reaktorze 4. Podczas spalania paliwa temperatura katalizatora w reaktorze 4 wzrasta i wytwarzana jest mieszanina wydechowa zawierająca głównie dwutlenek węgla i azot, a zwykle zawierająca nie zużyty tlen. Mieszanina dwutlenku węgla i azotu opuszcza regenerator 4 przez linię 32 i jest prowadzona do kotła jednotlenku węgla 68 (jeśli taki znajduje się w układzie) przez linię 38. Gaz wydechowy jest następnie sprężany, zwykle do ciśnienia w zakresie od 2 do 20 atmosfer, i przesyłany do adsorbera 6A przez otwarty zawór 46 i linię 48.

Gdy gaz wydechowy przechodzi przez naczynie 6A, dwutlenek węgla jest adsorbowany z gazu, natomiast pozostały tlen przechodzi przez adsorbent i wychodzi z adsorbera 6A przez linię 60, otwarty zawór 62 i linię wentylacyjną 58. Podczas adsorpcji czoło adsorpcji dwutlenku węgla przesuwa się przez naczynie 6A w stronę końca wylotu nieadsorbowanego gazu. Gdy czoło adsorbowanego gazu osiągnie wymagany punkt w adsorberze 6A, etap adsorpcji zostaje zakończony a cykl adsorpcji przechodzi do drugiej fazy, w której naczynie 6B jest poddawane obsłudze adsorpcyjnej a naczynie 6A podlega regeneracji.

W tej fazie działania zawory 50, 54 i 66 są otwarte, a wszystkie pozostałe zawory są zamknięte. Gaz wydechowy wnika do naczynia 6B, w którym dwutlenek węgla jest adsorbowany z gazu, a azot przechodzi do otworu wentylacyjnego, jak to już opisano. W tym czasie, naczynie 6A jest rozhermetyzowane przepływem gazu na zewnątrz przez linię 48 i zawór 54. Podczas rozhermetyzowania dwutlenek węgla jest desorbowany z adsorbentu i opuszcza adsorber 6A przez otwartą linię. Desorbowany dwutlenek węgla przepływa przez linie 42 i 24 i wchodzi do regeneratora 4. W razie potrzeby, rozhermetyzowanie naczynia 6A może być wspomagane za pomocą pompy próżniowej (nie pokazanej). Gdy naczynie 6A jest zubożone w dwutlenek węgla do wymaganego stopnia, a czoło adsorpcji dwutlenku węgla w naczyniu 6B

186 900 osiąga wymagany punkt, druga faza procesu adsorpcji zostaje zakończona, a cykl jest powtarzany z naczyniem 6A w obsłudze adsorpcji i naczyniem 6B podlegającym regeneracji.

Podczas procedury rozruchowej, koncentracja dwutlenku węgla w regeneratorze 4 zaczyna narastać. W celu utrzymania stosunku tlenu do gazu obojętnego i całkowitej ilości tlenu wchodzącego do regeneratora 4 na wymaganych poziomach, konieczne jest rozpoczęcie wprowadzania tlenu do regeneratora 4 i ograniczenie przepływu powietrza do tej jednostki. Procedura rozruchowa jest kontynuowana az do osiągnięcia wymaganego stosunku powietrza do dodawanego tlenu i dwutlenku węgla, albo do momentu, gdy całe doprowadzane powietrze jest lub będzie wymienione na tlen i obiegowy dwutlenek węgla, w zależności od wyboru procedury.

W przykładzie wykonania, w którym całe powietrze jest zastępowane mieszaniną obiegową tlenu i dwutlenku węgla, praca separatora 6 nie jest dalej potrzebna, jeśli cały azot zostanie usunięty z układu obiegowego generatora, a objętość odzyskanego dwutlenku węgla znajduje się na wymaganym poziomie.

W tym punkcie wszystkie zawory łączące separator 6 z regeneratorem 4 (zawory 46, 50, 54 i 56) są zamknięte, a zawór 40 jest otwarty, natomiast separator 6 nie jest obsługiwany. Dodatkowo w tym przykładzie wykonania, w celu powstrzymania dalszego gromadzenia się dwutlenku węgla w regeneratorze 2, zawór 36 jest wystarczająco otwarty dla utrzymania koncentracji dwutlenku węgla w układzie, na wymaganym poziomie. Nadmiar dwutlenku węgla wychodzi następnie z układu przez linię 34. Zawór otwierający 36 służy dodatkowo do powstrzymania gromadzenia się w układzie azotu i innych zanieczyszczeń gazowych, takich jak argon, tlenki siarki i tlenki azotu. Strumień wentylacyjny opuszczający układ przez linię 34 zostaje odprowadzony do otoczenia, albo jeśli zawiera składniki gazowe, które są szkodliwe dla otoczenia, może być przesyłany do jednostek oczyszczania, dla usunięcia szkodliwych składników. Na przykład, może być poddany etapowi destylacji w celu usunięcia tlenków azotu i tlenków siarki.

W przykładzie wykonania, w którym mieszanina powietrza, tlenu i dwutlenku węgla jest użyta w procedurze regeneracji katalizatora, separator 6 jest wykorzystany w sposób ciągły albo okresowy, do utrzymania stosunku azotu i dwutlenku węgla w strumieniu obiegowym na wymaganych poziomach. Dalej, przepływ przez separator 6 jest dostosowywany okresowo, jeśli jest wymagane przeprowadzenie dostosowania koncentracji składników strumienia obiegowego dwutlenku węgla.

Po przeprowadzeniu procedury rozruchowej regeneratora, reaktor 2 jest gotowy do rozruchu. Przygotowania do rozruchu reaktora obejmują przepuszczenie pary przez jednostkę, która ją podgrzewa i ustanawia wymagany przepływ przez linię 12 do fluidyzacji katalizatora wchodzącego do tej linii przez linię 18. Po wykonaniu tych czynności reaktor jest gotowy do rozruchu.

Podczas procedury rozruchu temperatura krakowanego katalizatora w regeneratorze 4 wzrasta. Gdy osiąga temperaturę, przy której jest gotowy do użycia w procesie krakowania węglowodoru, który ma być przeprowadzony w reaktorze 2, regenerator jest gotowy do obsługi w procesie krakowania. Temperatura katalizatora może osiągnąć wymaganą temperaturę roboczą podczas procedury rozruchowej, czyli zanim poziomy tlenu i dwutlenku węgla osiągną wymagane punkty. W tym przypadku, proces krakowania węglowodoru może być rozpoczęty w reaktorze 2 przy założeniu, że reaktor 2 jest sam gotowy do obsługi. W przypadku, gdy reaktor 2 nie jest gotowy do pracy, szybkość spalania w generatorze 4 może być zmniejszona do poziomu, który utrzyma katalizator w wymaganej temperaturze krakowania podczas gdy reaktor 2 będzie przygotowywany do obsługi. Jednocześnie, jeśli koncentracje tlenu i dwutlenku węgla w regeneratorze 4 osiągną wymagane poziomy robocze zanim katalizator w regeneratorze 4 osiągnie wymaganą temperaturę krakowania, rozruch procesu krakowania jest opóźniany, az do wystarczającego nagrzania katalizatora, który będzie obsługiwany.

Gdy regenerator i reaktor krakujący są gotowe do obsługi rozruchu, cały układ jest uruchamiany przez otwarcie zaworu poślizgowego (nie pokazanego) w linii 18, który umożliwia opuszczenie gorącego katalizatora przez linię 18 do linii 12. Gdy katalizator wchodzi do linii 12, upłynnia się i jest przenoszony do góry do reaktora 2 przez parę wchodzącą do linii 12 z linii 14. Po ustabilizowaniu przepływu katalizatora, dostarczany węglowodór jest wprowadzany do linii 12

186 900 przez linię 16. Duże prędkości przepływu pary do reaktora są ograniczane do poziomów roboczych. Temperatura w strefie reakcji reaktora 2. jest ogólnie utrzymywana w zakresie od 430 do 700°C. Gdy mieszanina węglowodoru i katalizatora przechodzi do góry przez reaktor 2, węglowodór podlega krakowaniu, a katalizator zostaje powleczony koksem. Mieszanina krakowanego gazu i katalizatora przechodzi do wierzchołka reaktora 2, gdzie jej składniki są oddzielane za pomocą separatorów cyklonowych. Otrzymane gazy przechodzą przez separatory cyklonowe umieszczone w część 10 i wychodzą z reaktora przez linię 20, a następnie są przesyłane do jednostek separujących w celu odzyskania różnych składników mieszaniny gazowej. Zużyty katalizator opada na dno separatorów cyklonowych i wychodzi z reaktora 2 przez linię 22, a następnie przepływa do regeneratora katalizatora 4, gdzie podlega regeneracji.

Należy podkreślić, że zakres wynalazku obejmuje użycie konwencjonalnego sprzętu do kontroli i automatycznej regulacji przepływu gazów wewnątrz układu tak, by umożliwić pełną automatyzację i ciągła pracę w wydajny sposób.

Rozwiązanie według wynalazku zostanie zilustrowane przez następujący przykład, w którym, jeśli inaczej nie wskazano, części, procenty i stosunki są oparte na podstawie objętościowej. Przykład ilustruje proces według wynalazku, w zastosowaniu do katalitycznego krakowania oleju napędowego.

Przykład

Poniżej zebrano wyniki symulacji, które porównują podstawowe działanie typowego urządzenia FCC wykorzystującego powietrze do regeneracji katalizatora (przypadek A) i działanie przy użyciu powietrza wzbogaconego w tlen do regeneracji katalizatora (przypadek B), w stanach pracy ustalonej przy użyciu gazowej mieszaniny regeneracyjnej dwutlenku węgla i tlenu uzyskanej przy zastosowaniu sposobu z wynalazku (przypadki C i D).

W przypadkach C i D, proces rozpoczyna się przy użyciu powietrza. Układ adsorpcji z wahaniami ciśnienia według wynalazku pracuje do momentu, w którym gaz obiegowy będzie zawierał dwutlenek węgla. Adsorbentem jest żel krzemionkowy, temperatura adsorpcji wynosi 75°C, ciśnienie adsorpcji wynosi 82,8 kPa, a ciśnienie desorpcji wynosi 40 xl0³ Pa. Etapy adsorpcji i regeneracji warstwy trwają po 2 minuty.

W przedstawionych przypadkach założono, że całe powietrze zostało zastąpione tlenem tak, że całkowity przepływ objętościowy w układzie dwutlenek węgla-tlen jest równy przepływowi powietrza użytego w przypadku A. Warunki i wyniki podano w tabeli.

Tabela

Przypadek	A	B	C	D
1	2	3	4	5
Całkowita prędkość gazu regeneracji, MSCFM	255	255	225	225
Całkowita prędkość tlenu MSCFM	47,0	51,7	47,0	63,6
Poziom tlenu, v%	20,9	23,0	20,9	28,3
Tlen w spalinach, v%	2,0	2,0	2,0	2,0
Temperatura reaktora, °C	527	527	527	527
Temperatura warstwy regeneratora, °C	704	712	688	711

186 900

Ciąg dalszy tabeli

1	2	3	4	5
Prędkość dostarczania	100	110	100	135
FCC, MBBL/D
Wydajność koksu, wt%	5,2	5,2	5,2	5,2

Porównanie przypadków A i B wskazuje, że przewidziano obniżenie temperatury regeneratora o 16°C dla pracy z gazem obiegowym z dwutlenkiem węgla, jeśli poziom tlenu w gazie regeneracyjnym jest równy poziomowi powietrza. Wielkość redukcji będzie różnić się między jednostkami FCC oraz będzie zależeć od innych warunków pracy. Przypadek B wskazuje, że wzbogacanie powietrza regeneracyjnego tak, by zawartość tlenu wyniosła 2,1 % podwyższy temperaturę regeneratora o 8°C. Taki sam wzrost temperatury układu z dwutlenkiem węgla i powietrzem w przypadku D, odpowiada wzrostowi zawartości tlenu w gazie regeneracyjnym do 28,3 %. Zatem, uzyskana wielkość oblokowywania może być wyższa od dwukrotnej przy użyciu schematu regeneracji według wynalazku.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób usuwania osadu węglowego katalizatorów, w określonym materiale cząsteczkowym w obecności mieszaniny gazowej zawierającej tlen i dwutlenek węgla, zwłaszcza przez spalanie, znamienny tym, że spala się paliwo z powietrzem w strefie spalania zawierającej materiał cząsteczkowy, przy czym podgrzewa się materiał cząsteczkowy i wytwarza się spaliny zawierające dwutlenek węgla i azot, separuje się azot od spalin, przy czym wytwarza się gaz .wzbogacony w dwutlenek węgla, przynajmniej częściowo zastępuje się powietrze tlenem _ i} gazem wzbogaconym w dwutlenek węgla, a następnie, po zastąpieniu powietrza w określonym zakresie, utrzymuje się koncentrację dwutlenku węgla w gazie obiegowym na określonym poziomie.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako paliwo stosuje się paliwo węglowodorowe.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako paliwo stosuje się olej napędowy.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał cząsteczkowy stosuje się katalizator krakowania węglowodoru.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ze jako katalizator stosuje się świeży katalizator.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako katalizator stosuje się katalizator równowagowy a paliwem są osady węglowe na powierzchniach katalizatora.
7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że przeprowadza się go na podstawie ciągłej.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się katalizator zawierający warstwę fluidalną.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że jako strefę spalania stosuje się regenerator w układzie krakowania węglowodoru katalitycznego z warstwą fluidalną.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że separuje się azot od gazowych spalin przez adsorpcję, absorpcję, destylację, separację membranową albo ich kombinacje.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że azot separuje się od gazowych spalin w procesie adsorpcji z wahaniami ciśnienia.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że proces adsorpcji z wahaniami ciśnienia przeprowadza się przy ciśnieniu bezwzględnym w zakresie od 2 do 5 xl O⁵ Pa.
13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że etap regeneracji adsorbentu w procesie adsorpcji z wahaniami ciśnienia przeprowadza się przy ciśnieniu bezwzględnym w zakresie od 26664,4 do 266644 Pa.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że regenerację katalizatora przeprowadza się w warunkach, które umożliwiają wytwarzanie znacznych ilości jednotlenku węgla, a następnie spala się jednotlenek węgla dla otrzymania dwutlenku węgla.
15. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że katalizator zawiera nieruchomą warstwę.
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powietrze częściowo zastępuje się tlenem i gazem wzbogaconym w dwutlenek węgla.
17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powietrze całkowicie zastępuje się tlenem i gazem wzbogaconym w dwutlenek węgla.
18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poziom dwutlenku węgla w gazie obiegowym utrzymuje się na określonym poziomie przez kontynuację separacji azotu od spalin.
19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że separację azotu od spalin kończy się i zawraca się spaliny bezpośrednio do strefy spalania po osiągnięciu określonego stopnia wymiany powietrza.

186 900