RU2107540C1

RU2107540C1 - Apparatus for conduction of catalytic reaction in fluidized bed

Info

Publication number: RU2107540C1
Application number: RU94010134A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Окружнов; Михаил Александрович Окружнов; Галина Николаевна Набережнова; Станислав Евгеньевич Поденок; Леонард Нурович Гимадеев; Людмила Демьяновна Белякова; Николай Максимович Григоренко; Алексей Гаврилович Сиротин; Виктор Васильевич Коряк; Александр Евгеньевич Белов
Original assignee: Металлгезельшафт Актиенгезельшафт
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1994-03-21
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: conduction of two-stage process in one apparatus with catalyst fluidized bed in oil refining and petrochemical industries. SUBSTANCE: the offered apparatus has reactor in form of vertical cylindrical body with expansion chamber in the upper part. Vertical cylindrical body accommodates regenerator in form of vertical cylindrical body with expansion chamber in upper part. Inlets for introduction of raw material for reaction and air for regeneration, outlets for discharge of reaction products and regeneration products through filters, transportation branch pipe for transfer of catalyst from reactor to regenerator. Branch pipe has funnel in upper part and made for regulation of catalyst flow through it. Lower part of expansion chamber of regenerator has holes for transfer of catalyst from regenerator to reactor. Located in zone of reactor fluidized bed is distributor for supply of air or oxygen- containing gas. Separators of catalyst from reaction products and regeneration products are made in form of porous filters. EFFECT: provision of catalyst high equilibrium activity due to regulation of catalyst circulation velocity and full utilization of reaction heat and increased content of aromatic hydrocarbons in desired liquid product by 15-20%. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для проведения двухстадийного процесса в одном аппарате в псевдоожиженном слое катализатора и может найти применение в процессах каталитического превращения углеводородов в компоненты высокооктанового бензина. The invention relates to devices for conducting a two-stage process in one apparatus in a fluidized bed of a catalyst and can find application in the processes of catalytic conversion of hydrocarbons into components of high-octane gasoline.

Известен аппарат для газификации угля, включающий корпус, в который коаксиально помещена вытяжная труба с открытым внизу концом, имеющая сверху колпак со стаканом. Аппарат снабжен патрубками для раздельной подачи водяного пара, отвода продуктов реакции и регенерации. Уголь движется за счет потока подаваемого водяного пара вверх внутри вытяжной реакционной трубы в псевдоожиженном слое, где происходит химическая реакция, и вниз в псевдоожиженном слое в кольцевом пространстве снаружи вытяжной трубы, где происходит регенерация угля [1]. A known apparatus for coal gasification, including a housing, in which a chimney is placed with an exhaust pipe with an open end below, having a hood with a glass on top. The apparatus is equipped with nozzles for separate supply of water vapor, removal of reaction products and regeneration. Coal moves due to the flow of supplied water vapor upward inside the exhaust reaction tube in the fluidized bed where the chemical reaction takes place and down in the fluidized bed in the annular space outside the exhaust pipe where coal regeneration occurs [1].

Основным недостатком этого аппарата является необходимость строгого поддержания баланса давления внутри и снаружи реакционной трубы, для того чтобы избежать прохождения водяного пара в кольцевое регенерационное пространство и воздуха в вытяжную реакционную трубу. The main disadvantage of this apparatus is the need to strictly maintain a pressure balance inside and outside the reaction tube, in order to avoid the passage of water vapor into the annular regeneration space and air into the exhaust reaction tube.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому эффекту является аппарат для конверсии жидких реакционных потоков, например, нефтяного газойля в более легкие фракции в присутствии тонкоизмельченных частиц, поддерживаемых в суспензии. Аппарат состоит из корпуса, в котором коаксиально помещена открытая сверху и снизу труба. Пространство внутри трубы образует реакционную зону, кольцевое пространство снаружи трубы является регенерационной зоной. В верхней части корпуса расположена сепарационная камера с встроенными циклонами, отделенная от корпуса перегородками, образующими U-образный проход из сепарационной камеры в регенератор. К нижней части корпуса присоединена отводная труба. Имеются патрубки для ввода сырья и газа на регенерацию и отвода продуктов реакции и регенерации. Поток твердых частиц из сепарационной камеры ссыпается в регенератор и далее в отводную трубу, откуда транспортируется потоком сырья и поступает в реактор. Продукты реакции и унесенный катализатор попадают в сепарационную камеру, где происходит разделение газовой и твердой фаз [2]. Closest to the invention in technical essence, the achieved effect is an apparatus for converting liquid reaction streams, for example, petroleum gas oil, into lighter fractions in the presence of finely divided particles supported in suspension. The apparatus consists of a housing in which a pipe open above and below is coaxially placed. The space inside the pipe forms a reaction zone, the annular space outside the pipe is a regeneration zone. In the upper part of the housing there is a separation chamber with integrated cyclones, separated from the housing by partitions forming a U-shaped passage from the separation chamber to the regenerator. An outlet pipe is attached to the bottom of the housing. There are nozzles for introducing raw materials and gas for regeneration and removal of reaction products and regeneration. The flow of solid particles from the separation chamber is poured into the regenerator and then into the bypass pipe, from where it is transported by the flow of raw materials and enters the reactor. The reaction products and the entrained catalyst enter the separation chamber, where gas and solid phases are separated [2].

Основным недостатком этого аппарата является то, что эффективный теплообмен в системе реактор-регенератор осуществляется на небольшой части поверхности реактора в плотном слое катализатора и вследствие ограниченного подвода тепла требуется высокая скорость циркуляции катализатора в системе реактор-регенератор. The main disadvantage of this apparatus is that efficient heat transfer in the reactor-regenerator system is carried out on a small part of the reactor surface in a dense catalyst bed and, due to the limited heat supply, a high catalyst circulation rate in the reactor-regenerator system is required.

При каталитической конверсии углеводородов на катализаторах из высококремнеземных цеолитов процесс протекает с большим эндотермическим эффектом, величина которого зависит от вида перерабатываемого сырья. Поэтому целесообразно подвод необходимого количества тепла организовать не только за счет теплообмена через стенку, но за счет подачи воздуха через кольцевой распределитель в реактор. Путем регулирования скорости циркуляции катализатора и подачи воздуха в регенератор обеспечивается равновесная активность катализатора. In the catalytic conversion of hydrocarbons on catalysts from high-silica zeolites, the process proceeds with a large endothermic effect, the magnitude of which depends on the type of processed raw materials. Therefore, it is advisable to supply the necessary amount of heat to organize not only through heat transfer through the wall, but due to air supply through the annular distributor to the reactor. By controlling the catalyst circulation rate and the air supply to the regenerator, the equilibrium activity of the catalyst is ensured.

Техническим результатом, который может быть получен, является увеличение выхода ароматических углеводородов в целевом жидком продукте за счет регулирования скорости циркуляции катализатора в системе реактор-регенератор. The technical result that can be obtained is to increase the yield of aromatic hydrocarbons in the target liquid product by controlling the rate of circulation of the catalyst in the reactor-regenerator system.

Указанный результат достигается тем, что заявленный аппарат, содержащий реактор в виде вертикального цилиндрического корпуса с расширительной камерой в верхней части, внутри которого расположен регенератор в виде вертикального цилиндрического корпуса с расширительной камерой в верхней части, патрубки ввода сырья на реакцию и воздуха для регенерации, вывода продуктов реакции и регенерации, дополнительно содержит транспортный патрубок, расположенный внутри регенератора по его оси, для перемещения катализатора из реактора в регенератор, а перемещение катализатора из регенератора в реактор происходит через отверстия в нижней части расширительной камеры регенератора. Транспортный патрубок для перемещения катализатора из реактора в регенератор выполнен с возможностью регулирования расхода катализатора через него, например транспортный патрубок имеет воронку в верхней части и коническое сужение в нижней части, в которую коаксиально и с зазором установлена трубка для подачи воздуха в коническое сужение. Площадь поперечного сечения конического сужения составляет 10-20% от площади поперечного сечения транспортного патрубка, а зазор между внутренней поверхностью транспортного патрубка и наружной поверхностью трубки для подачи воздуха составляет 15 мм. При такой конструкции аппарата при подаче воздуха в коническое сужение происходит эжектирование, и катализатор транспортируется в регенератор через воронку транспортного патрубка из кипящего слоя в реакторе. Ряд отверстий для перемещения катализатора из регенератора в реактор расположены по периметру нижней части расширительной камеры регенератора. Количество циркулирующего катализатора и скорость циркуляции катализатора при постоянной площади конического сужения зависят от расхода воздуха в трубке для подачи воздуха. The specified result is achieved by the fact that the claimed apparatus containing a reactor in the form of a vertical cylindrical body with an expansion chamber in the upper part, inside of which there is a regenerator in the form of a vertical cylindrical body with an expansion chamber in the upper part, pipes for inputting the reaction material and air for regeneration, output reaction products and regeneration, further comprises a transport pipe located inside the regenerator along its axis, for moving the catalyst from the reactor to the regenerate p, and moving the catalyst from the regenerator to the reactor takes place through holes in the bottom of the expansion chamber of the regenerator. The transport pipe for moving the catalyst from the reactor to the regenerator is configured to control the flow of catalyst through it, for example, the transport pipe has a funnel in the upper part and a conical narrowing in the lower part, into which a tube for supplying air to the conical narrowing is installed coaxially and with a gap. The cross-sectional area of the conical constriction is 10-20% of the cross-sectional area of the transport pipe, and the gap between the inner surface of the transport pipe and the outer surface of the air supply pipe is 15 mm. With this apparatus design, ejection occurs when the air is fed into the conical narrowing, and the catalyst is transported to the regenerator through the funnel of the transport pipe from the fluidized bed in the reactor. A number of holes for moving the catalyst from the regenerator to the reactor are located around the perimeter of the lower part of the expansion chamber of the regenerator. The amount of circulating catalyst and the circulation rate of the catalyst with a constant area of conical narrowing depend on the air flow rate in the air supply tube.

В предлагаемой конструкции аппарата необходимое для проведения реакции количество тепла подводится с потоком сырья и за счет теплообмена через стенку регенератора и подачи воздуха в зону реакции через кольцевой распределитель. In the proposed apparatus design, the amount of heat necessary for carrying out the reaction is supplied with the flow of raw materials and due to heat exchange through the regenerator wall and air supply to the reaction zone through an annular distributor.

Для улавливания унесенного газообразными продуктами катализатора в расширительных камерах реактора и регенератора установлены пористые фильтры. To capture the catalyst carried away by the gaseous products, porous filters are installed in the expansion chambers of the reactor and regenerator.

Таким образом, транспортный патрубок внутри регенератора с устройством для регулирования скорости циркуляции катализатора, распределитель воздуха для дополнительного подвода тепла в реактор и пористые фильтры отличают предложенную конструкцию аппарата от прототипа, позволяют увеличить содержание ароматических углеводородов в целевом жидком продукте и проводить каталитический процесс превращения углеводородов в компоненты моторных топлив при максимальной активности катализатора
На чертеже изображена конструктивная схема аппарата, который состоит из реактора 1 с расширительной камерой 2, регенератора 3 с расширительной камерой 4, распределительных решеток 5 и 6, транспортного патрубка 7 из реактора в регенератор с воронкой 8 вверху и коническим сужением 9 внизу, трубки 10 для подачи воздуха в коническое сужение, отверстий 11 для вывода регенерированного катализатора из регенератора в реактор, кольцевого распределителя 12 для подачи воздуха в реактор, пористых фильтров 13, 14, патрубков 15, 16, 17, 18, 19 для ввода сырья, воздуха на создание кипящего слоя в регенераторе, воздуха в коническое сужение, воздуха в кольцевой распределитель, патрубков 20 и 21 отвода продуктов реакции и дымовых газов регенерации.Thus, the transport pipe inside the regenerator with a device for controlling the catalyst circulation rate, an air distributor for additional heat supply to the reactor and porous filters distinguish the proposed apparatus design from the prototype, allow increasing the content of aromatic hydrocarbons in the target liquid product and conducting a catalytic process of converting hydrocarbons into components motor fuels at maximum catalyst activity
The drawing shows a structural diagram of the apparatus, which consists of a reactor 1 with an expansion chamber 2, a regenerator 3 with an expansion chamber 4, distribution grids 5 and 6, a transport pipe 7 from the reactor to the regenerator with a funnel 8 at the top and a conical restriction 9 at the bottom, tubes 10 for air supply to the conical narrowing, openings 11 for outputting the regenerated catalyst from the regenerator to the reactor, an annular distributor 12 for supplying air to the reactor, porous filters 13, 14, nozzles 15, 16, 17, 18, 19 for introducing raw materials, air into creation of a fluidized bed in the regenerator, air in the conical narrowing, air in the annular distributor, nozzles 20 and 21 of the removal of reaction products and regeneration flue gases.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

Сырье [1] - разогретые до температуры реакции пары углеводородов подаются через патрубок 15 под решетку 5, их поток псевдоожижает слой катализатора, в котором и происходит реакция каталитической конверсии углеводородов. Под решетку 6 через патрубки 16, 17 подают воздух [II], который псевдоожижает слой катализатора в регенераторе 3 и кислород которого окисляет кокс на катализаторе. Через патрубок 18 по трубе 10 подают определенное количество воздуха [III] , при этом часть катализатора поступает из псевдоожиженного слоя реактора 1 через воронку 8 в транспортный патрубок 7, выходит через коническое сужение 9, поднимается наверх между наружной поверхностью патрубка 7 и внутренней поверхностью регенератора 3 и выбрасывается через отверстия 11 в реакторе, где смешивается с основной массой катализатора. Raw materials [1] - hydrocarbon vapors heated to the reaction temperature are fed through the pipe 15 to the grate 5, their flow fluidizes the catalyst bed, in which the catalytic conversion of hydrocarbons takes place. Under the grate 6 through the nozzles 16, 17 serves air [II], which fluidizes the catalyst layer in the regenerator 3 and the oxygen of which oxidizes the coke on the catalyst. A certain amount of air [III] is supplied through the pipe 18 through the pipe 10, while a part of the catalyst enters from the fluidized bed of the reactor 1 through the funnel 8 into the transport pipe 7, exits through a conical narrowing 9, rises up between the outer surface of the pipe 7 and the inner surface of the regenerator 3 and ejected through holes 11 in the reactor, where it is mixed with the bulk of the catalyst.

Через патрубок 19 и распределитель 12 подают воздух [IV] для поддержания требуемой температуры в реакторе 1. Продукты реакции [V] из реактора 1 выводят из расширительной камеры 2 через фильтр 14 и патрубок 20 на разделение ( на схеме не показано). Продукты сгорания [VI] из расширительной камеры 4 регенератора 3 через фильтр 13 и патрубок 21 сбрасывают в линию дымовых газов (на схеме не показано). Air [IV] is supplied through the nozzle 19 and the distributor 12 to maintain the required temperature in the reactor 1. The reaction products [V] from the reactor 1 are removed from the expansion chamber 2 through the filter 14 and the nozzle 20 for separation (not shown in the diagram). The combustion products [VI] from the expansion chamber 4 of the regenerator 3 through the filter 13 and the pipe 21 are discharged into the flue gas line (not shown in the diagram).

По сравнению с конструкцией прототипа в предлагаемой конструкции аппарата обеспечиваются высокая равновесная активность катализатора за счет установления оптимальной скорости его циркуляции, увеличение на 15-20 отн.% содержания ароматических углеводородов в полученном продукте и полное использование тепла регенерации при меньших капитальных затратах. Compared with the prototype design, the proposed apparatus design provides a high equilibrium activity of the catalyst by establishing the optimal circulation rate, an increase of 15-20 rel.% Of the aromatic hydrocarbon content in the resulting product and the full use of regeneration heat at lower capital costs.

Claims

1. Apparatus for carrying out catalytic reactions in a fluidized bed of catalyst, containing a reactor in the form of a vertical cylindrical body with an expansion chamber in the upper part, inside of which there is a regenerator in the form of a vertical cylindrical body with an expansion chamber in the upper part, pipes for introducing raw materials for the reaction and air for regeneration, output of reaction products and regeneration with separators for separating gases from catalyst particles, characterized in that the regenerator body is completely located inside three zones of the fluidized bed of catalyst in the reactor and further comprises a transport pipe for moving the catalyst from the reactor to the regenerator, the lower part of the expansion chamber of the regenerator is made with holes for moving the catalyst from the regenerator to the reactor, a distributor for supplying air or oxygen-containing gas is located in the zone of the fluidized bed of the reactor, and separators for separating the catalyst from the reaction and regeneration products are made in the form of porous filters.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the transport pipe for moving the catalyst from the reactor to the regenerator is configured to control the flow rate of the catalyst moving along it.

3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the transport pipe for moving the catalyst from the reactor to the regenerator has a funnel in the upper part and a conical narrowing in the lower part, a tube for supplying air to the conical narrowing is installed coaxially and with a gap.