Opis patentowy opublikowano: 31.01.1979 99780 Int. Cl.2 CtOG 11/18 B01J 8/18 CI . .LLNIA Urredu Poleatowego Twórca wynalazku: Uprawniony z patentu: Universal Oil Products Company, Des Plaines, Illinois (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób zregenerowania katalizatora i urzadzenie de regenerowania katalizatora Przedmiotem, wynalazku jest sposób regenerowa¬ nia katalizatora i urzadzenie do regenerowania kata¬ lizatora.Znany jest sposób regenerowania katalizatora fluidalnego z polskiego opisu patentowego nr 82 145, wedlug którego zuzyty katalizator razem ze swie¬ zym gazem regeneracyjnym wprowadza sie do pierwszej warstwy fluidalnej o duzym zageszczeniu ziarnistego katalizatora w strefie regeneracji, gdzie koks osadzony na zuzytym katalizatorze czesciowo utlenia sie, przy czym powstaje czesciowo zuzyty gaz regeneracyjny zawierajacy CO i czesciowo zre¬ generowany katalizator zawierajacy resztkowy koks.Nastepnie czesciowo zregenerowany katalizator i czesciowo zuzyty gaz regeneracyjny wprowadza sie do przewodu wznosnego, w celu przetransporto¬ wania warstwy fluidalnej o malym zageszczeniu ziarnistego katalizatora, w strefie regeneracji, w którym tlenek wegla utlenia sie do dwutlenku wegla a do strefy regeneracji wprowadza sie plyn¬ ne paliwo w ilosci wystarczajacej do uzyskania, w trakcie utleniania, zregenerowanego katalizatora, ogrzanego do temperatury 677 do 700°C. Zregene¬ rowany katalizator oddziela sie od zuzytego gazu regeneracyjnego i wprowadza do drugiej warstwy fluidalnej o duzym zageszczeniu ziarnistego kata¬ lizatora, z której zawraca sie go do strefy reak¬ cyjnej.W znanym urzadzeniu do regenerowania zuzytego katalizatora fluidalnego zuzyty katalizator wpro¬ wadza sie przez przewód wylotowy do pierwszej warstwy ziarnistego katalizatora majacego okreslo¬ ny poziom, który tworzy przejsciowy obszar znaj¬ dujacy sie miedzy pierwsza warstwa katalizatora a rura wznosna. Regulowany strumien swiezego gazu regeneracyjnego wprowadza sie .przez inny przewód do pierwszej warstwy ziarnistego katali¬ zatora, przez urzadzenie rozdzielajace, które umoz¬ liwia lepsze rozproszenie swiezego gazu regenera¬ cyjnego w warstwie katalizatora.Utlenienie osadów weglistych az do uzyskania resztkowej pozostalosci koksu odbywa sie, w zna¬ nym urzadzeniu, w warstwie o duzym zageszczeniu katalizatora, gdzie czesciowo zuzyty gaz regenera¬ cyjny i fluidalny regenerowany katalizator przeno¬ szone sa z pierwszej warstwy katalizatora, przez obszar przejsciowy do rury wznosnej, w której odbywa sie utlenianie tlenku wegla -z wytworze¬ niem zuzytego gazu regeneracyjnego, w którym cieplo wytworzone podczes spalania tlenku wegla na dwutlenek wegla dostarczone jest do kataliza¬ tora.Wada znanego sposobu regenerowania zuzytego katalizatora fluidalnego jest to, ze regulacja tem¬ peratury w strefie regenerowania lub strefie spa¬ lania koksu jest bardzo trudna, co wplywa na ob¬ nizenie sprawnosci spalania tlenku wegla w czesci regenerujacej. 99 7803 Celem wynalazku jest wyeliminowanie niedogod¬ nosci znanego sposobu regenerowania katalizatora przez opracowanie sposobu i konstrukcji urzadze¬ nia, za pomoca którego mozna by uzyskac wysoka sprawnosc regenerowania.Istota wynalazku przejawia sie w tym, ze czesc zregenerowanego katalizatora o temperaturze 690 do 800°C kieruje sie z powrotem do strefy utlenia¬ nia koksu, w celu podwyzszenia temperatury geste¬ go zloza katalizatora i aktywowania jego przyspie¬ szonego utleniania, podczas gdy pozostala ilosc zregenerowanego w wysokiej temperaturze kata¬ lizatora doprowadza sie do strefy reakcyjnej, gdzie goracy katalizator miesza sie ze swiezym weglo¬ wodorem zasilajacym.Przy stosowaniu sposobu wedlug wynalazku na¬ stepuje szybka regeneracja zuzytego katalizatora, przt czym tlenek wegla ulega calkowitemu spala¬ niuU przemianie, na CO2. Zregenerowany kataliza¬ tor i swiezy gaz regenerujacy lub ciecz palna wpro¬ wadza sie do strefy przemiany CO i utlenia sie wraz z zawartoscia CO na CO2, przy czym przy¬ najmniej czesc uzyskanego w ten sposób ciepla przekazuje sie do katalizatora. Katalizator i zuzyty gaz regenerujacy, zostaja, przy opuszczeniu strefy przemiany CO, od siebie oddzielone, przy czym zregenerowany katalizator kierowany jest do ko¬ lektora. Czesc katalizatora kierowana jest przy tym ponownie do komory spalania, w celu podnie¬ sienia temperatury i. zwiekszenia szybkosci utle¬ niania koksu oraz szybkosci utleniania CO. Pozostala czesc zregenerowanego katalizatora kierowana jest do strefy reakcji. Powrót zregenerowanego katali¬ zatora do komory spalania zwieksza szybkosc utle¬ niania koksu i przemiany CO na CO2 oraz umozli¬ wia budowe mniejszych urzadzen. Temperature w komorze spalania reguluje sie przez zastosowanie recyrkulacji zregenerowanego katalizatora z ko¬ mory przemiany CO na CO2 do komory spalania.W celu umozliwienia przenoszenia katalizatora z komory przemiany CO na CO2 i uzyskania tempe¬ ratury w zakresie 690 do 800°C, utrzymuje sie szybkosc powierzchniowa gazu w strefie utleniania koksu od 0,9 do 3 m/sek., podczas gdy szybkosc gazu w strefie przemiany CO na CO2 utrzymuje sie w zakresie 3 do 7,5 m/sek. Czas przebywania katalizatora w urzadzeniu wynosi ponizej 2 min., a czas przebywania gazu regenerujacego ponizej sek., przy czym zregenerowany katalizator za¬ wiera okolo 0,01 do 0,15% ilosci wagowej koksu.Cisnienie w urzadzeniu podczas regenerowania katalizatora utrzymuje sie w zakresie od 1 do 4,4 kG/cm* lub korzystniej 1,7 do 3,7 kG/cm2. Czesc zregenerowanego katalizatora zgromadzona w zge- szczonej warstwie i zwrócona do strefy utleniajacej koks stanowi 5 do 150% ilosci zuzytego katalizatora wchodzacego do strefy utleniania. Powrót goracego zregenerowanego katalizatora do komory spalania zwieksza szybksc utleniania koksu i przemiany CO na CO2, co umozliwia budowe mniejszych urzadzen. ( Rozdzielenie' utleniania koksu od utleniania CO umozliwia uzyskanie zregenerowanego katalizatora o mniejszej pozostalosci koksu, o wyzszej jego ak¬ tywnosci oraz odzyskanie przynajmniej czesci ciepla, otrzymywanego podczas spalania CO, i zuzycie go ^ 780 4 w dalszym procesie.Zaleta sposobu wedlug wynalazku jest to, ze eliminuje sie zanieczyszczanie srodowiska przez CO bez potrzeby stosowania dodatkowego urzadzenia do spalania CO, i odzyskuje sie przynajmniej czesc ciepla, które zuzywa sie w dalszym procesie. Urza- rzadzenie do regenerowania katalizatora, wykonane wedlug wynalazku, zawiera komore spalania wy¬ posazona w pionowy przewód rurowy, polaczony z poziomym przewodem rurowym doprowadzonym do komory przemiany CO na CO2, która polaczona jest przy tym z komora spalania przewodem ruro¬ wym wyposazonym w zawór regulacyjny.Urzadzenie wykonane wedlug wynalazku przed- stawione jest na rysunku, na którym uwidoczniono komore 1 do spalania gazu, komore 2 przemiany CO na CO2, przewód 3 i przewód 6 do powrotnego kierowania katalizatora. Przewód 7, polaczony z boczna czescia komory 1, doprowadza do tej ko- mory- zuzyty katalizator a przewód 10 polaczony z dolna czescia komory 1 doprowadza swiezy re¬ generujacy gaz, Komora 1 wypelniona jest do gói nej powierzchni 8 warstwa katalizatora 4, pod którym wewnatrz komory umieszczone jest urza- dzenie rozdzielcze 11 umozliwiajace lepsze rozpro¬ szenie swiezego gazu doprowadzanego przewo¬ dem 10.Utlenianie koksu zawartego w katalizatorze od¬ bywa sie w warstwie 4 katalizatora, gdzie powstaje czesciowo zuzyty gaz regenerujacy oraz zregenero¬ wany katalizator, przechodzace do przewodu 3.W przewodzie tym odbywa sie zasadniczo pelna przemiana CO na CO2, w wyniku czego powstaje zuzyty gaz regenerujacy. Przynajmniej czesc ciepla uzyskanego ze spalania CO przekazywana jest zre¬ generowanemu katalizatorowi. Przewód 3 z wew¬ netrzna przestrzenia 3C zawiera pionowa czesc 3A oraz pozioma czesc 3B, które polaczone sa ze soba pod katem prostym. Wylot 9 komory 1 polaczony 40 jest z dolnym koncem pionowej czesci 3A prze¬ wodu 3. Mieszanina zuzytego gazu regenerujacego i zregenerowanego katalizatora kierowana jest z pionowej czesci 3A przewodu 3 do poziomej czesci 3B, skad przez wylo"t 16 przechodzi do ko- 45 lektora 2. Wylot 16 moze .zawierac jeden lub kilka otworów, przez które katalizator i gaz regenerujacy kierowane sa do kolektora 2.Na górnym koncu pionowej czesci 3A umieszczo¬ no pokrywe 3D w sposób taki, ze nad pozioma czescia 3B utworzono pewna przestrzen. Przestrzen ta wypelnia sie katalizatorem i gazem tworzac „poduszke gazowa" uniemozliwiajaca scieranie sie górnego konca pionowej czesci 3A w miejscu skie¬ rowania czasteczek katalizatora z czesci pionowej do czesci poziomej przewodu 3. Do przestrzeni 3C przewodu 3 moze byc doprowadzony przez prze¬ wód 12 i rozdzielacz 13 czynnik palny, na przyklad gaz opalowy lub strumien plynnego weglowodoru, doprowadzonego przez dodatkowy przewód 12 i roz¬ dzielacz 13. Spalanie czynnika palnego nizbedne jest przy rozruchu urzadzenia w celu podwyzszenia temperatury w przestrzeni 3C do wysokosci umozli¬ wiajacej utlenianie CO, lub podwyzszenia tempe¬ ratury czasteczek katalizatora przechodzacych przez przewód do wysokosci niemozliwej do osiagnieciawrso przy spalaniu tylko samego CO. Z tych samych wzgledów mozliwe jest codanie czynnika palnego równiez i do komory 1, C3 jednak na rysunku nie jest pokazane.Do przestrzeni 3C mo:ina równiez wprowadzic przez przewód 14 i rozdzielacz 15 dodatkowa, i-rrj swiezego gazu regenerujacego. Gaz ten moze rów¬ niez zawierac tlen podtrzymujacy spalanie wpro¬ wadzonego dodatkowo swiezego gazu lub spalanie CO znajdujacego sie w przewodzie 3. Komora 2 za¬ wierajaca zregenerowany katalizator posiada prze¬ strzen 17 rozdzielajaca zmieszane ze soba skladniki gazowe. Przestrzen ta znajduje sie w górnej czesci komory 2, gdzie umieszczone sa separatory cyklo¬ nowe. Zgeszczona warstwa zregenerowanego kata¬ lizatora 5 ma powierzchnie w miejscu 26 dolnej czesci komory. Komora 2 podobna jest do pow¬ szechnie uzywanych regeneratorów jednozbiorniko- wych. W komorze tej mozliwe jest przeprowadzenie procesu, wedlug niniejszego wynalazku, przez zmiane znanego typu regeneratora na komore od¬ bierajaca zregenerowany katalizator, dodanie ko¬ mory spalania i przewodu przejsciowego oraz ele¬ mentów sluzacych do zawracania zregenerowanego katalizatora. Do przestrzeni 17 doprowadzona jest pozioma czesc 3B przewodu 3. Wylot 16 przewodu 3 znajduje sie w komorze 2 nad powierzchnia 26 warstwy 5, polaczonej z separatorem katalizatora i gazu regenerujacego, to jest z prz23';rzenLi roz¬ dzielajaca lub polaczonymi równolegle lub szere¬ gowo separatorami cyklonowymi. W urzadzeniu uwidocznionym na rysunku zastosowano polaczenie przestrzeni 17 z cyklonowymi separatorami 19 i 23.Odchylona pod pewnym katem plytka 18 powoduje kierowanie katalizatora i gazu z wylotu 16 w dól do zbiornika, podczas gdy zuzyty gaz regenerujacy przechodzi do cyklonowego separatora 19 przez otwór 20. Gaz z separatora 19 przechodzi do sepa¬ ratora 23 przewodem 22, a oddzielony katalizator przechodzi przez przewody 21 i 25 do warstwy 5.Zuzyty gaz regenerujacy wychodzi z separatora 23 i zbiornika 2 przewodem 24.Taki uklad umozliwia zastosowanie separatorów znajdujacych sie w istniejacym regeneratorze bez zmiany ich polozenia, co upraszcza przeróbke istnie¬ jacego regeneratora w celu wykorzystania procesu wedlug niniejszego wynalazku.Zastosowanie przewodu przejsciowego 3 posiada¬ jacego czesci pionowa 3A i pozioma 3B oraz wpro¬ wadzenie czesci poziomej 3B z boku urzadzenia, umozliwia wykorzystanie istniejacego jednozbior- nikowego urzadzenia regeneracyjnego, bez zmiany jego polozenia, jako komory zbierajacej zregenero¬ wany katalizator, có obniza koszty budowy.Komora 2 jest tak umieszczona wzgledem ko¬ mory 1 spalania, ze przynajmniej czesc gestej warstwy katalizatora w komorze zbierajacej polo¬ zona jest powyzej gestej warstwy katalizatora w komorze spalania. Zapewnia to przeplyw goracego, zregenerowanego katalizatora od komory zbieraja¬ cej do komory spalania. Wymaganie to, wraz ze stalym polozeniem starego regeneratora jeemozbior- nikowego, okresla ksztalt przewodu przejsciowego, lub strefy spalania CO oraz jego wchodzenie z boku do komory zbierajacej. Uzyskuje sie w ten sposób wymagane wzajemne polozenie elementów bez ko¬ niecznosci zmiany pclczer.ia stosowanego obecnie jako komora zbierajaca, starego regeneratora.Znajdujaca sie w km orze 2 gesta warstwa kata- lizatora sluzy do jego uszczelniania i zapewnienia jednokierunkowego przeplywu zregenerowanego ka¬ talizatora z komory 2 do komory spalania 1 oraz do strefy reakcji. Zregenerowany katalizator moze byc oddzielony od gazu regenerujacego przez czynnik rozdzielajacy przechodzacy nad deflektorami w stre¬ fie 27 rozdzielacza. Czynnik rozdzielajacy na przy¬ klad przegrzana pare doprowadza sie do strefy 27 przez przewód 29.Goracy zregenerowany katalizator przesuwa sie w dól i wychodzi przez stozkowa ksztaltke 36, prze¬ wód 6 i zawór 31 do komory spalania 1 w celu regulacji jej temperatury a zatem szybkosci utle¬ niania koksu.Zawór 31 jest zaworem zasuwowym, uruchamia¬ nym przez regulator temperatury w strefie utle¬ niania koksu. Przewód 6 moze byc jeden lub kilka z zaworami lub bez zaworów, przy czym moze to byc inne dowolne urzadzenie, zdolne do przepusz¬ czania katalizatora z regulowana szybkoscia z ko¬ mory 2 do komory spalania 1.Pozostala ilosc katalizatora powraca z komory 2 do strefy reakcji przez przewód 32 i zasuwowy zawór 33.„Zuzytym katalizatorem" jest katalizator usuniety ze strefy reakcji ze wzgledu na spowodowana przez osady koksu zmniejszona jego aktywnosc. Katali¬ zator ten moze zawierac do 5% wagowo koksu, zwykle 0,5 do 1,5% wagowo.„Katalizatorem zregenerowanym" jest kataliza¬ tor, z którego wypalono wiekszosc koksu. Hegene- racja w procesie wedlug niniejszego wynalazku umozliwia uzyskanie zawartosci koksu 0,01 do 0,2% wagowo, lub nawet 0,01 do 0,1%.„Gazem regenerujacym" jest jakikolwiek gaz sty¬ kajacy sie z katalizatorem podczas procesu rege¬ neracji. Moze to byc gaz zawierajacy tlen. na przy¬ klad powietrze lub powietrze wzbogacone w tlen, doprowadzone do regeneratora w celu utleniania koksu na zuzytym katalizatorze.„Czesciowo zuzytym gazem regenerujacym" jest gaz, który zetknal sie z katalizatorem i zawiera w zwiazku z tym mniej wolnego tlenu, niz swiezy gaz regenerujacy. Czesciowo zuzyty gaz regeneru¬ jacy zawiera zwykle wode, azot, tlen, tlenek wegla i dwutlenek wegla.„Pelne spalanie CO" oznacza, ze zawartosc CO w gazie wylotowym wynosi okolo 2000 ppm a na ogól jest nizsza od 500 ppm.„Zuzytym gazem regenerujacym" jest gaz rege¬ nerujacy wychodzacy po procesie regeneracji, za¬ wierajacy mniej niz 2000 ppm tlenku wegla, dwu¬ tlenku wegla, azotu i wody oraz od kilku dziesia¬ tych do 15% molowo wolnego tlenu. Zuzyty gaz regenerujacy zawiera na ogól mniej niz 500 ppm CO.„Komora spalania" jest to strefa zawierajaca jedna lub wiecej gestych waratw katalizatora, gdzie nastepuje utlenianie wiekszej czesci koksu.„Strefa przemiany CO" jest strefa, gdzie nastepuje przemiana CO i uzyskuje sie zuzyty gaz regeneru- 40 45 50 55 007 99 780 8 jacy. „Kolektor" jest to strefa w której znajduje sie ulozony w jednej lub wiecej gestych warstwach zregenerowany katalizator, które to warstwy sluza do uszczelniania oraz okreslania wielkosci spadku cisnienia. Czesc znajdujacego sie w tej strefie zre¬ generowanego katalizatora jest recyrkulowana do komory spalania a reszta powraca do strefy re¬ akcji.W procesie wedlug niniejszego wynalazku naste¬ puje wydajna regeneracja zuzytego katalizatora do bardzo niskiego poziomu szczatkowego koksu, przy czym wytworzony CO ulega calkowitemu spalaniu na CO2. Zuzyty katalizator jest wprowadzony do komory spalania w celu wytwarzania zregenerowa¬ nego katalizatora oraz czesciowo zuzytego gazu regenerujacego. Zregenerowany katalizator oraz gaz regenerujacy wchodza nastepnie do strefy przemia¬ ny CO, gdzie odbywa sie utlenianie CO a przynaj¬ mniej czesc uzyskanego przy tym ciepla zostaje przekazana katalizatorowi. Czas przebywania kata¬ lizatora w strefie przemiany CO jest wystarczajaco krótki aby uniemozliwic dalsze utlenianie pozosta¬ losci koksu i dodatkowe wytwarzanie CO. Opu¬ szczajace strefe przemiany CO katalizator i zuzyty gaz regenerujacy zostaja rozdzielone a goracy, zre¬ generowany katalizator zostaje skierowany do ko¬ lektora. Jego czesc wraca ponownie do komory spalania w celu podniesienia jej temperatury a za¬ tem zwiekszenia szybkosci utleniania koksu, po¬ srednio równiez szybkosci utleniania w strefie przemiany CO. Pozostalosc zregenerowanego kata¬ lizatora zostaje skierowana do strefy reakcji.Podany nizej przyklad przedstawia korzysci, wy¬ nikajace z recyrkulacji goracego, zregenerowanego katalizatora z kolektora do komory spalania, przy czym podane w przykladzie ilosci dotycza dzialania regeneratora FCC bez recyrkulacji oraz z recyrku¬ lacja.Zestawienie parametrów regeneracji Recyrkulacja zregenerowa¬ nego katalizatora Temperatura strefy reakcji przemiana w strefie reakcji, % objetosciowo Temperatury w procesie re¬ generacji, °C Komora spalania Wlot do strefy przemiany CO Wylot strefy przemiany CO Kolektor Zuzyty gaz regenerujacy Szybkosc powierzchniowa w komorze spalania, m/s Gestosc warstwy w komo¬ rze spalania, kG/1 Zawartosc wegla w zrege¬ nerowanym katalizatorze, % wagowo Zuzycie oleju przez plo¬ mien, 1/godz. gazu regenerujacego 1520 60 ,9 16,0 0,3 1,6 Nie 520 74,0 629 653 Tak 518 76,5 674 728 706 791 745 , 743^ 759 1,0 0,096 0,14 26 1,1 0,104 0,04 0 40 45 50 55 eo Wyniki analizy zuzytego CO, mol % CO2, mol % O2, mol % Jak wynika z przykladu, róznice temperatur sa znaczne, przy czym temperatury wlotowe do ko¬ mory spalania i strefy przemiany CO wzrosly o okolo 45%, temperatura wylotowa ze strefy przemiany CO wzrosla o 17°C, temperatura kolek- 0 tora wzrosla o 37°C a temperatura gazu wyloto¬ wego zmalala o 32°C.Wyzsza temperatura komory spalania i wynika¬ jaca z niej wieksza szybkosc utleniania koksu, spowodowaly zmniejszenie ilosci pozostalosci wegla i w zregenerowanym katalizatorze z 0,14% wagowo do 0,04% wagowo. Gestosc warstwy w komorze spalania wzrosla o okolo 8%.Ze wzgledu na szybsze utlenianie CO w strefie jego przemiany, spowodowane przez wyzsze tempe- , ratury, zawartosc CO w gazie wylotowym spadla z 1520 na 60 ppm. Wyrazem mniejszego stezenia CO jest równiez mniejsza róznica temperatur mie¬ dzy wylotem strefy przemiany CO a zuzytym gazem regenerujacym. Recyrkulacja zregenerowa¬ nego katalizatora spowodowala zwiekszenie tempe¬ ratury na tyle, ze mozliwa stala sie rezygnacja z dodawania oleju do plomienia po rozpoczeciu recyrkulacji. PL PL PL PL PL PL PL