RU2741553C2 - Способы проектирования масштабированных каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором - Google Patents

Способы проектирования масштабированных каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором Download PDF

Info

Publication number
RU2741553C2
RU2741553C2 RU2019115095A RU2019115095A RU2741553C2 RU 2741553 C2 RU2741553 C2 RU 2741553C2 RU 2019115095 A RU2019115095 A RU 2019115095A RU 2019115095 A RU2019115095 A RU 2019115095A RU 2741553 C2 RU2741553 C2 RU 2741553C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
scaled
riser
cross
base
Prior art date
Application number
RU2019115095A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019115095A3 (ru
RU2019115095A (ru
Inventor
Мэттью Т. ПРЕТЦ
Бен Дж. ФРАЙРАЙХ
Мадхусудхан КОДАМ
Брайен А. СТИЭРЗ
Original Assignee
Дау Глоубл Текнолоджиз Ллк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дау Глоубл Текнолоджиз Ллк filed Critical Дау Глоубл Текнолоджиз Ллк
Publication of RU2019115095A publication Critical patent/RU2019115095A/ru
Publication of RU2019115095A3 publication Critical patent/RU2019115095A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2741553C2 publication Critical patent/RU2741553C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/26—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with two or more fluidised beds, e.g. reactor and regeneration installations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00004—Scale aspects
    • B01J2219/00015—Scale-up

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к реакторным блокам для химического производства, в частности к вариантам способа масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Способ включает один или несколько этапов, выбранных из установки, эксплуатации, наблюдения за рабочим процессом или получения данных и относящихся к базовому каталитическому реактору с псевдоожиженным катализатором, содержащему базовый райзер, базовую нижнюю часть реактора и базовую переходную часть, соединяющую базовый райзер и базовую нижнюю часть реактора, и один или несколько этапов, выбранных из установки или эксплуатации масштабированного каталитического реактора, выполненного на основе базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, при этом масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором содержит масштабированный райзер, масштабированную нижнюю часть реактора и масштабированную переходную часть, соединяющую масштабированный райзер и масштабированную нижнюю часть реактора. При этом отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера к площади поперечного сечения базового райзера составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования, отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования, коэффициент масштабирования составляет не менее 1,3 и высота масштабированной переходной части составляет по меньшей мере 70% от ширины масштабированного райзера и от 70% до 130% высоты базовой переходной части. Способы обеспечивают улучшение процесса масштабирования каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявку
По настоящей заявке испрашивается приоритет согласно предварительной заявке на патент США № 62/416525, поданной 2 ноября 2016 года, содержание которой включено в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки.
Область изобретения
Настоящее изобретение в целом относится к реакторным блокам для химического производства, а конкретнее, к реакторам для проведения химических превращений с участием псевдоожиженного катализатора.
Уровень техники
Химические превращения с участием псевдоожиженного катализатора, например реакции каталитического крекинга (FCC), могут проходить в каталитических реакторных установках с псевдоожиженным катализатором. Как правило, каталитическая реакторная установка с псевдоожиженным катализатором может содержать каталитический реактор и регенерационный блок. Каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может превращать сырьевой химпродукт в конечный химпродукт путем контакта с псевдоожиженным пылеобразным катализатором. Во время реакции катализатор может становиться по меньшей мере частично деактивированным или «отработанным», и после этого демонстрировать сниженную каталитическую активность. Поэтому отработанный катализатор может быть перемещен в регенерационный блок для проведения регенерации, и, следовательно, увеличения его каталитической активности по сравнению с отработанным состоянием, что позволяет его использовать в последующих каталитических реакциях. После проведения регенерации в регенерационном блоке регенерированный катализатор перемещают обратно в реакторную установку для повторного взаимодействия с сырьевым химпродуктом.
Иногда может требоваться масштабирование по меньшей мере части каталитической реакторной установки с псевдоожиженным катализатором, в частности каталитического реактора. Масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может быть спроектирован и построен на основе меньшего исходного каталитического реактора. Однако масштабирование каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором может быть сложным, поскольку масштабирование каталитического реактора может привести к изменению параметров реакции, оказывающих влияние на выход конечного продукта. Следовательно, необходимы улучшенные способы и/или устройства для масштабирования каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором.
Краткое описание сущности изобретения
В данном документе описаны способы масштабирования каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором. Для решения промышленных задач может потребоваться проведение масштабирования относительно небольшого каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором (именуемого в данном документе «базовым» каталитическим реактором) путем создания каталитического реактора больших размеров (именуемого в данном документе «масштабированным» каталитическим реактором), основанного на конструкции базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Например, с использованием данных, полученных на базовом реакторе, можно улучшать и/или стандартизировать конфигурацию процесса без увеличения капитальных затрат на установку или эксплуатацию более крупного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором.
В некоторых вариантах реализации изобретения базовый каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором и масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором могут содержать нижнюю часть реактора и райзер, причем нижняя часть реактора имеет большую по сравнению с райзером площадь поперечного сечения. Такие конструкции могут использовать переходную часть, соединяющую нижнюю часть реактора с райзером, причем переходная часть внутри может сходить на конус по направлению от нижней части реактора к райзеру таким образом, что проход для текучей среды на пути от нижней части реактора к райзеру сужается по всей высоте переходной части.
Как правило, каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может быть масштабирован за счет увеличения площадей поперечного сечения различных частей базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором приблизительно пропорционально коэффициенту масштабирования, причем «коэффициент масштабирования» обозначает множитель, на который умножается площадь поперечного сечения в масштабированном каталитическом реакторе по сравнению с базовым каталитическим реактором с псевдоожиженным катализатором. Например, каталитические реакторы с псевдоожиженным катализатором, содержащие нижнюю часть реактора и райзер, могут быть масштабированы за счет одновременного увеличения площадей поперечного сечения нижней части реактора и райзера приблизительно пропорционально коэффициенту масштабирования. В процессе масштабирования соотношение площади поперечного сечения нижней части реактора к площади поперечного сечения райзера в базовом каталитические реакторе с псевдоожиженным катализатором и в масштабированном реакторе с псевдоожиженным катализатором может оставаться неизменным (например, в пределах около 20%). Поскольку соотношения остаются неизменными, химические превращения в масштабированном реакторе с псевдоожиженным катализатором могут проходить аналогично процессам в базовом каталитическом реакторе.
Однако в таких вариантах реализации способа масштабирования, при которых переходная часть сохраняет свою общую форму (например, угол конусности), может потребоваться увеличение ее высоты (то есть, увеличение расстояния между райзером и нижней частью реактора). Однако было обнаружено, что увеличение высоты переходной части влияет на эпюру скоростей потока текучей среды во время работы реактора, что приводит к изменениям в выходе конечного продукта по сравнению с базовым реактором.
Одним из путей препятствования изменению эпюры скоростей при изменении высоты переходной части является использование в масштабированном реакторе с псевдоожиженным катализатором переходной части с высотой, приблизительно аналогичной высоте переходной части базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором (например, находящейся в пределах около 30%). Однако для этого в масштабированном каталитическом реакторе с псевдоожиженным катализатором должна быть изменена форма (например, угол конуса) переходной части по сравнению с базовым каталитическим реактором с псевдоожиженным катализатором. Во многих случаях такой подход приводит к получению переходной части, высота которой меньше ширины райзера. Однако было обнаружено, что в тех случаях, когда высота переходной части близка или намного меньше ширины райзера (например, когда значение высоты масштабированной переходной части не составляет по меньшей мере 70% от диаметра масштабированного райзера) эпюра скоростей также изменяется по сравнению с базовым каталитическим реактором с псевдоожиженным катализатором.
Согласно вариантам реализации изобретения по настоящему описанию масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может быть построен с помощью способа, который позволяет избежать недостатков масштабированной переходной части с высотой, увеличенной по сравнению с базовым реактором, или с высотой значительно меньшей по сравнению с шириной масштабированного райзера. В частности, до начала проектирования базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором можно провести расчет приблизительных размеров (например, в пределах 20%) масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, в котором высота переходной части составляет по меньшей мере 70% от ширины райзера (во избежание изменений скорости текучей среды вследствие превышения шириной райзера значений высоты для переходной части). После выполнения расчетов размеров масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором можно выполнять установку и эксплуатацию базового реактора, наблюдение за проходящим в нем рабочим процессом или получать относящиеся к нему данные, причем высота базовой переходной части приблизительно аналогична высоте масштабированной переходной части (например, составляет от 70% до 130% высоты масштабированной переходной части). Затем, при выполнении масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, высоту переходной части выдерживают, например, в пределах 30% относительно базового каталитического реактора (так чтобы эпюра скоростей оставалась почти неизменной), при этом высота масштабированной переходной части составляет по меньшей мере 70% от ширины масштабированного райзера (так чтобы относительно большое отношение диаметра райзера к высоте переходной части не повлияло на эпюру скоростей).
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может быть масштабирован с помощью способа, включающего один или несколько этапов, выбранных из установки, эксплуатации, наблюдения за рабочим процессом или получения данных, и относящихся к базовому каталитическому реактору с псевдоожиженным катализатором, содержащему базовый райзер, базовую нижнюю часть реактора и базовую переходную часть, соединяющую базовый райзер и базовую нижнюю часть реактора. Способ может дополнительно включать один или несколько этапов, выбранных из установки или эксплуатации масштабированного каталитического реактора, выполненного на основе базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, при этом масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором содержит масштабированный райзер, масштабированную нижнюю часть реактора и масштабированную переходную часть, соединяющую масштабированный райзер и масштабированную нижнюю часть реактора. Отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера к площади поперечного сечения базового райзера может составлять от 80% до 120% коэффициента масштабирования. Отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора может составлять от 80% до 120% коэффициента масштабирования. Коэффициент масштабирования может составлять по меньшей мере 1,3. Коэффициент масштабирования как правило может представлять собой отношение емкостей реакторов либо объемных скоростей потока сырья или конечного продукта. Высота масштабированной переходной части может составлять по меньшей мере 70% от ширины масштабированного райзера и от 70% до 130% высоты базовой переходной части.
В соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может быть масштабирован с помощью способа, включающего этап расчета размеров масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, содержащего масштабированный райзер, масштабированную нижнюю часть реактора и масштабированную переходную часть, соединяющую масштабированный райзер и масштабированную нижнюю часть реактора. Проведение расчетов размеров масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором может включать один или несколько этапов, выбранных из расчета в пределах 20% площади поперечного сечения и ширины масштабированного райзера, расчета в пределах 20% площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора и расчета в пределах 20% высоты масштабированной переходной части. Способ может дополнительно включать в себя один или несколько этапов, выбранных из установки или эксплуатации базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, содержащего базовый райзер, базовую нижнюю часть реактора и базовую переходную часть, соединяющую базовый райзер и базовую нижнюю часть реактора. Отношение рассчитанной площади поперечного сечения масштабированного райзера к площади поперечного сечения базового райзера может составлять от 80% до 120% коэффициента масштабирования с уменьшением. Отношение рассчитанной площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора может составлять от 80% до 120% коэффициента масштабирования с уменьшением. Коэффициент масштабирования с уменьшением может составлять по меньшей мере 1,3. Высота базовой переходной части может составлять по меньшей мере 70% от рассчитанной ширины масштабированного райзера.
Следует понимать, что предшествующее краткое описание сущности изобретения и последующее ее подробное описание представляют варианты реализации технических решений и предназначены для получения общего представления или основ понимания сущности и характера технических решений по данной заявке. Сопроводительные графические материалы представлены для более глубокого понимания технических решений, включены в настоящее описание и составляют его часть. Графические материалы иллюстрируют различные варианты реализации изобретения и вместе с описанием используются для объяснения основных идей и принципов действия технических решений. Кроме того предполагается, что графические материалы и описание использованы исключительно в иллюстративных целях, и никоим образом не предназначены для ограничения объема заявленного изобретения.
Дополнительные особенности и преимущества технических решений, раскрытых в данном документе, изложены в нижеследующем подробном описании и частично будут очевидны специалистам в данной области техники из этого описания, либо же определены опытным путем при использовании технических решений, описанных в данном документе, содержащем нижеследующее подробное описание, формулу изобретения, а также прилагаемые графические материалы.
Краткое описание графических материалов
Нижеследующее подробное описание конкретных вариантов реализации настоящего изобретения наиболее понятно в сочетании с нижеследующими графическими материалами, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций и на которых:
фиг. 1 иллюстрирует технологическую блок- схему для способа масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе;
фиг. 2 представляет схематическое изображение установки каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе;
фиг. 3 представляет схематическое изображение вертикальной проекции в поперечном разрезе базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором и масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, раскрытым в данном документе;
фиг. 4A представляет схематическое изображение модели эпюры скоростей псевдоожиженного материала внутри каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, в котором высота переходной части по меньшей мере равна диаметру райзера; и
фиг. 4B представляет схематическое изображение модели эпюры скоростей псевдоожиженного материала внутри каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, в котором высота переходной части не является по меньшей мере равной диаметру райзера.
Следует понимать, что графические материалы являются схематичными по своей сути и не содержат некоторых компонентов установки каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, повсеместно используемых в данной области техники, в частности, среди прочего, температурных датчиков, датчиков давления, расходомеров, насосов, клапанов и тому подобного. Следует понимать, что эти компоненты не выходят за рамки смысла и объема представленных в данном документе раскрытых вариантов реализации изобретения. Однако функциональные компоненты, в частности, рассмотренные в настоящем описании, могут быть включены в варианты реализации изобретения, представленные в этом описании.
Более подробные примеры приведены для различных вариантов реализации изобретения, при этом некоторые варианты реализации изобретения проиллюстрированы в сопроводительных графических материалах. Во всех возможных случаях в графических материалах используются одинаковые номера позиций для обозначения аналогичных либо подобных компонентов.
Подробное описание сущности изобретения
В данном документе описаны варианты реализации способов масштабирования каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором. Способ 100 масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором схематически представлен на фиг. 1. Процесс 100 в соответствии с одним или несколькими вариантами реализации изобретения может включать этап 110, этап 120 и этап 130. Этап 110 может включать расчет приблизительных размеров масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Этап 120 может включать один или несколько подэтапов, выбранных из установки, эксплуатации, наблюдения или получения данных, и относящихся к базовому каталитическому реактору с псевдоожиженным катализатором. Этап 130 может включать один или несколько подэтапов, выбранных из установки или эксплуатации масштабированного каталитического реактора, выполненного на основе базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. В некоторых вариантах реализации изобретения этап 110 может выполняться перед выполнением этапа 120, а этап 120 может выполняться перед выполнением этапа 130.
Следует понимать, что согласно различным вариантам реализации изобретения не все из этапов 110, 120 и 130 требуется выполнять, поскольку один или несколько из этапов 110, 120 или 130 могут быть необязательными в одном или нескольких вариантах реализации изобретения. Кроме того, поскольку по меньшей мере этапы 120 и 130 включают в себя несколько вариантов реализации изобретения (то есть установку, эксплуатацию, наблюдение или получение данных, относящихся к базовому каталитическому реактору с псевдоожиженным катализатором на этапе 120, и установку или эксплуатацию масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором на этапе 130), некоторые варианты реализации способов масштабирования каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором могут включать один или несколько вариантов реализации каждого этапа и не включать другие варианты реализации для каждого этапа. Например, согласно с одним вариантом реализации изобретения способ масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором может включать один или несколько этапов, выбранных из установки, эксплуатации, наблюдения или получения данных, и относящихся к базовому каталитическому реактору с псевдоожиженным катализатором.
Перейдем к фиг. 2, которая представляет схематическое изображение установки 102 каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором. Каталитическая реакторная установка 102 с псевдоожиженным катализатором, изображенная на фиг. 2, может представлять собой типовую базовую реакторную установку с псевдоожиженным катализатором либо масштабированную реакторную установку с псевдоожиженным катализатором. Каталитическая реакторная установка 102 с псевдоожиженным катализатором, как правило, содержит ряд компонентов, в том числе каталитический реактор 200 с псевдоожиженным катализатором и/или блок регенерации 300. Согласно настоящему описанию в контексте фиг. 2 каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором изображен как часть каталитической реакторной установки с псевдоожиженным катализатором, в которой проходит основной химический процесс. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения каталитический реактор 200 с псевдоожиженным катализатором также может производить отделение катализатора (иногда отработанного, что указывает на его по меньшей мере частичную дезактивацию) от фракции конечного продукта реакции. Также в контексте данного документа термин «блок регенерации» в целом обозначает часть устройства реактора с псевдоожиженным катализатором 102, в которой происходит регенерация катализатора, например посредством выжига, и отделение регенерированного катализатора от других технологических материалов, в частности газов, выделяемых из выжигаемого материала, либо вначале из дезактивированного катализатора, либо из дополнительного топлива.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения, как представлено на фиг. 2, каталитический реактор 200 с псевдоожиженным катализатором может содержать нижнюю часть реактора 250, райзер 230 и блок сепарации катализатора 210. Блок регенерации 300 может содержать камеру сгорания 350, райзер 330 и блок сепарации катализатора 310. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения блок сепарации катализатора 210 может сообщаться по текучей среде с камерой сгорания 350 реактора (например, через отводной трубопровод 426), а блок сепарации катализатора 310 может сообщаться по текучей среде с нижней частью реактора 250 (например, через отводной трубопровод 424 и транспортировочный райзер 430).
Следует понимать, что каталитическая реакторная установка 102, изображенная на фиг. 2, представляет собой только образец типовой каталитической реакторной установки 102 с псевдоожиженным катализатором, содержащей каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200. В данном документе предполагаются и другие варианты реализации каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором, при этом каталитические реакторы с псевдоожиженным катализатором по данному описанию не следует ограничивать примерами, представленными на фиг. 2 или пригодными для использования в установке на фиг. 2. Например, каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может представлять собой автономное устройство, не содержащее блок регенерации 300 или блок сепарации катализатора 210. В другом варианте реализации изобретения каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором может представлять собой реактор выжига, используемый для регенерации.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения каталитическая реакторная установка 102 с псевдоожиженным катализатором может работать путем подачи исходного химсырья и псевдоожиженного катализатора в нижнюю часть реактора 250, и химического превращения исходного химсырья при контакте с псевдоожиженным катализатором с получением конечного химпродукта в нижней части 250 каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором 200. Конечный химический продукт и катализатор могут быть выведены из нижней части реактора 250 через райзер 230 в сепараторное устройство 220 в блоке сепарации катализатора 210, где катализатор отделяют от химического продукта, который выводят из блока сепарации катализатора 210. Отделенный катализатор проходит из блока сепарации катализатора 210 в камеру сгорания 350. В камере сгорания 350 катализатор может быть регенерирован с помощью химического процесса, например выжига. Например, среди прочего, может производиться декоксование отработанного катализатора и/или каталитическое сжигание дополнительного топлива. Затем катализатор из камеры сгорания 350 выводят через райзер 330 в сепаратор 378 на выходе райзера, в котором приходит частичное разделение газа и твердых частиц из райзера 330. Пар и остающиеся твердые частицы транспортируют во вспомогательное сепараторное устройство 320, которое может состоять из ряда первичных и вторичных циклонов в блоке сепарации катализатора 310, где оставшийся катализатор отделяют от газов, образованных в процессе регенерации (например, газов, выделяемых при выжиге отработанного катализатора). Затем отделенный катализатор направляют из блока сепарации катализатора 310 в нижнюю часть реактора 250 через отводной трубопровод 424 и транспортировочный райзер 430 для его последующего использования в каталитическом процессе. В результате, в процессе работы катализатор может циркулировать между блоком каталитического реактора 200 и блоком регенерации 300. В целом фракции переработанных химических продуктов, включая сырьевые фракции и фракции конечных продуктов, могут быть газообразными, а катализатор может представлять собой псевдоожиженное пылеобразное твердое вещество.
Согласно вариантам реализации изобретения, описанным в данном документе, каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200 содержит нижнюю часть реактора 250, переходную часть 258 и райзер 230. Переходная часть 258 может соединять нижнюю часть реактора 250 с райзером 230. Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения нижняя часть реактора 250 и райзер 230 могут иметь практически постоянную площадь поперечного сечения, тогда как переходная часть 258 имеет коническую форму и не имеет постоянной площади поперечного сечения. Согласно настоящему описанию, если явно не указано иное, площадь поперечного сечения обозначает площадь поперечного сечения части реактора, лежащего в плоскости, практически перпендикулярной направлению потока реагентов и/или химпродуктов. Например, на фиг. 2 площадь поперечного сечения нижней части реактора 250, переходной части 250 и райзера 230 принадлежат плоскости, образованной горизонтальным направлением и направлением вглубь листа (перпендикулярно направлению движения текучей среды, т.е. вертикально вверх).
Согласно настоящему описанию нижняя часть реактора 250 может представлять собой сосуд, барабан, бочку, бак или другой контейнер, пригодный для проведения данной химической реакции. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения нижняя часть реактора 250 может, как правило, иметь цилиндрическую форму (т.е. иметь практически круглую форму поперечного сечения) или в альтернативном варианте может иметь нецилиндрическую форму, например форму призмы с формой поперечного сечения в виде треугольников, прямоугольников, пятиугольников, шестиугольников, восьмиугольников, овалов, или других многоугольников или изогнутых закрытых форм, или сочетаний вышеуказанного. В контексте настоящего описания нижняя часть реактора 250 может, как правило, содержать металлический корпус и может дополнительно содержать огнеупорные футеровки или другие материалы, используемые для защиты металлического корпуса и/или для управления параметрами технологического процесса. Как показано на фиг. 2, нижняя часть реактора 250 может содержать впускной канал 252 для подачи катализатора в нижнюю части реактора, осуществляющий соединение транспортировочного райзера 430 с нижней частью реактора 250.
Нижняя часть реактора 250 может быть соединена с транспортировочным райзером 430, который в процессе работы может подавать регенерированный катализатор и/или химические вещества, участвующие в реакции, в каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200. Регенерированный катализатор и/или химические вещества, участвующие в реакции, могут быть смешаны посредством устройства распределения 260, расположенного в нижней части реактора 250. Катализатор, поступающий в нижнюю часть реактора 250 через транспортировочный райзер 430, из блока регенерации 300 можно подавать в транспортный райзер 430 через отводной трубопровод 424. В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор может поступать непосредственно из блока сепарации катализатора 210 через отводной трубопровод 422 в транспортировочный райзер 430, из которого он затем поступает в нижнюю часть реактора 250. Этот катализатор может быть частично дезактивирован, но в некоторых вариантах реализации изобретения он все же может быть пригодным для осуществления химического взаимодействия в нижней части реактора 250.
Продолжая рассматривать фиг. 2 отметим, что каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200 может содержать райзер 230, который служит для переноса продуктов из нижней части реактора 250 в блок сепарации катализатора 210. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения райзер 230 может, как правило, иметь цилиндрическую форму (т.е. иметь практически круглую форму поперечного сечения) или в альтернативном варианте может иметь нецилиндрическую форму, например, форму призмы с формой поперечного сечения в виде треугольников, прямоугольников, пятиугольников, шестиугольников, восьмиугольников, овалов, или других многоугольников или изогнутых закрытых форм, или сочетаний вышеуказанного. В контексте настоящего описания райзер 230 может, как правило, содержать металлический корпус и может дополнительно включать в себя огнеупорные футеровки или другие материалы, используемые для защиты металлического корпуса и/или для управления параметрами технологического процесса.
Согласно некоторым вариантам реализации изобретения райзер 230 может содержать наружную секцию райзера 232 и внутреннюю секцию райзера 234. В контексте данного документа термин «наружная секция райзера» обозначает часть райзера, расположенную за пределами блока сепарации катализатора, а «внутренняя секция райзера» обозначает часть райзера, расположенную внутри блока сепарации катализатора. Например, в варианте реализации изобретения, отображенном на фиг. 2, внутренняя секция райзера 234 каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором 200 может быть расположена внутри блока сепарации катализатора 210, а наружная секция райзера 232 расположена за пределами блока сепарации катализатора 210.
Как показано на фиг. 2, нижняя часть реактора 250 может быть соединена с райзером 230 через переходную часть 258. Нижняя часть реактора 250 в общем случае может иметь большую ширину (например, диаметр в вариантах реализации изобретения с цилиндрической формой нижней части), чем райзер 230. Переходная часть 258 может сужаться от размера диаметра нижней части реактора 250 до размера диаметра райзера 230 таким образом, что переходная часть 258 внутри направлена от нижней части реактора 250 к райзеру 230. В контексте данного документа термин «ширина райзера» обозначает наибольшее расстояние вдоль поперечного сечения райзера. Например, цилиндрический райзер имеет ширину, равную его диаметру, а райзер в форме прямоугольной призмы имеет ширину, равную квадратному корню от суммы квадрата его первой стороны поперечного сечения и квадрата его второй стороны поперечного сечения.
В некоторых вариантах реализации изобретения, в частности таких, для которых нижняя часть реактора 250 и райзер 230 имеют подобные формы поперечного сечения, переходная часть 258 райзера 230 может иметь форму усеченной геометрической фигуры. Например, для варианта реализации каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором 200, содержащего цилиндрическую нижнюю часть реактора 250 и цилиндрический райзер 230, переходная часть 258 может иметь форму усеченного конуса. Однако следует понимать, что в настоящем документе предполагается большое разнообразие форм нижней части реактора 250, которые предполагают соединение нижних частей реактора 250 различной геометрии с райзерами 230.
В рабочем процессе катализатор может перемещаться вверх по райзеру 230 (из нижней части реактора 250) в сепараторное устройство 220. Отделенные пары могут быть удалены из каталитической реакторной установки 102 с псевдоожиженным катализатором через трубу 420 с выпускным газовым патрубком 216 блока сепарации катализатора 210. Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения сепараторное устройство 220 может представлять собой установку циклонной сепарации, содержащую две или несколько ступеней циклонного разделения. В таких вариантах реализации изобретения, для которых сепараторное устройство 220 содержит более чем одну ступень циклонного разделения, первое сепараторное устройство, в которое поступает псевдоожиженная фракция, называется первичным циклонным сепараторным устройством. Псевдоожиженный эффлюент из первичного циклонного сепараторного устройства может поступать во вторичное циклонное сепараторное устройство для дальнейшего разделения. Первичные циклонные сепараторные устройства могут содержать, например, первичные циклоны и системы, имеющиеся в продаже под названиями VSS (предлагаемые компанией UOP), LD2 (предлагаемые компанией Stone and Webster) и RS2 (предлагаемые компанией Stone and Webster). Первичные циклоны описаны, например, в патентах США №№ 4,579,716, 5,190,650 и 5,275,641, содержание которых включено в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки. В некоторых системах сепарации, использующих первичные циклоны в качестве первичного циклонного разделительного устройства, для дальнейшего отделения катализатора от газообразного продукта используют один или несколько наборов дополнительных циклонов, например вторичных циклонов и третичных циклонов. Следует понимать, что в вариантах реализации изобретения можно использовать любое первичное циклонное разделительное устройство.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения после отделения от паров в сепараторном устройстве 220, катализатор, как правило, может перемещаться через отпарную секцию - стриппер 224 в выпускной канал катализатора 222, через который катализатор выводят из каталитического реактора 200 с псевдоожиженным катализатором через отводной трубопровод 426 в блок регенерации 300. При необходимости катализатор также может быть перемещен непосредственно обратно в нижнюю часть реактора 250 через отводной трубопровод 422. В альтернативном варианте катализатор может быть предварительно смешан с регенерированным катализатором в транспортировочном райзере 430.
Перейдем к блоку регенерации 300, в котором, как изображено на фиг. 2, камера сгорания 350 блока регенерации 300 в нижней части реактора может содержать один или несколько впускных каналов 352 и сообщаться по текучей среде с райзером 330. Камера сгорания 350 реактора может сообщаться по текучей среде с блоком сепарации катализатора 210 через отводной трубопровод 426, который может подавать отработанный катализатор из каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором 200 в блок регенерации 300 для проведения регенерации катализатора. Камера сгорания 350 в нижней части реактора может содержать дополнительный впускной канал 352, через который происходит соединение воздухоприемника 428 с камерой сгорания 350. Через воздухоприемник 428 можно подавать химически активные газы, которые могут вступать в реакцию с отработанным катализатором для проведения по меньшей мере частичной регенерации катализатора. Например, вследствие прохождения химических реакций в нижней части реактора 250, катализатор может быть закоксован, а кокс может быть удален с поверхности катализатора (т.е. проведена регенерация катализатора) посредством реакции выжига. Например, окислитель (в частности воздух) можно подавать в нижнюю часть камеры сгорания 350 через воздухоприемник 428. После выжига регенерированный катализатор может быть отделен в блоке сепарации катализатора 310 и доставлен обратно в каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором 200 через отводной трубопровод 424.
Перейдем к фиг. 3, на которой изображены базовый каталитический реактор 500 и масштабированный каталитический реактор 600 с псевдоожиженным катализатором. Базовый каталитический реактор 500 и масштабированный каталитический реактор 600 с псевдоожиженным катализатором на фиг. 3 могут представлять собой части каталитического реактора 200 с псевдоожиженным катализатором на фиг. 2. Базовый каталитический реактор 500 с псевдоожиженным катализатором содержит базовую нижнюю часть реактора 550, базовую переходную часть 558 и базовый райзер 530. Аналогичным образом, масштабированный каталитический реактор 600 с псевдоожиженным катализатором содержит масштабированную нижнюю часть реактора 650, масштабированную переходную часть 658 и масштабированный райзер 630. Базовый каталитический реактор 500 и масштабированный каталитический реактор 600 с псевдоожиженным катализатором могут быть использованы по меньшей мере в каталитической реакторной установке 102 на фиг. 2.
Согласно настоящему описанию способ масштабирования по фиг. 1 и варианты реализации изобретения по фиг. 3 раскрыты в контексте базового каталитического реактора 500, содержащего базовую переходную часть 558 в форме усеченного конуса, базовую нижнюю часть реактора 550 цилиндрической формы, и базовый райзер 530 цилиндрической формы. Аналогичным образом, согласно настоящему описанию способ масштабирования по фиг. 1 и варианты реализации изобретения по фиг. 3 раскрыты в контексте масштабированного каталитического реактора 600, содержащего масштабированную переходную часть 658 в форме усеченного конуса, масштабированную нижнюю часть реактора 650 цилиндрической формы, и масштабированный райзер 630 цилиндрической формы. Однако следует понимать, что способ масштабирования может быть адаптирован для каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором различной геометрии.
Возвращаясь к фиг. 3 отметим, что нижняя часть базового реактора 550 имеет ширину 584 (например, эта величина представляет собой диаметр в случае круглого поперечного сечения нижней части базового реактора 550), базовый райзер 530 имеет ширину 582 (например, диаметр в случае круглого поперечного сечения райзера 530), и при этом базовая переходная часть 558 имеет высоту 586, измеренную как расстояние между базовым райзером 530 и базовой нижней частью реактора 550. Аналогичным образом, масштабированная нижняя часть реактора 650 имеет ширину 684 (например, диаметр), масштабированный райзер 630 имеет ширину 682 (например, диаметр), и при этом масштабированная переходная часть 658 имеет высоту 686, измеренную как расстояние между масштабированным райзером 630 и масштабированной нижней частью реактора 650. Масштабированная переходная часть 658 может иметь угол усеченного конуса 688, и аналогичным образом базовая переходная часть 558 может иметь угол усеченного конуса 588.
Возвращаясь к фиг. 1, а также к фиг. 3, отметим, что на начальном этапе 110 могут быть рассчитаны приблизительные размеры масштабированного каталитического реактора 600 с псевдоожиженным катализатором. Например, размеры масштабированного каталитического реактора 600 с псевдоожиженным катализатором могут быть рассчитаны в пределах 20% от его окончательных размеров при установке. В контексте данного документа проведение расчета «приблизительных» размеров, в частности ширины или площади поперечного сечения компонента масштабированного каталитического реактора 600 с псевдоожиженным катализатором, обозначает проведение расчета размеров соответствующего компонента в пределах 20% от его окончательных размеров в установленном либо эксплуатируемом масштабированном каталитическом реакторе 600 с псевдоожиженным катализатором. Проведение расчетов приблизительных размеров масштабированного каталитического реактора 600 с псевдоожиженным катализатором может включать один или несколько этапов, выбранных из расчета приблизительного значения площади поперечного сечения масштабированного райзера, расчета приблизительного значения площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора 650 и расчета приблизительного значения высоты масштабированной переходной части 658. В зависимости от требуемой формы масштабированной нижней части реактора 650 и масштабированного райзера 630 можно рассчитать соответственно ширину 684 (например, диаметр) масштабированной нижней части реактора 650 и ширину 682 (например, диаметр) масштабированного райзера 630.
В соответствии с вариантами реализации изобретения высота 686 масштабированной переходной части 658 выбирается на основе ширины 682 (например, диаметра) масштабированного райзера 630, так чтобы высота 636 масштабированной переходной части 658 составляла по меньшей мере 70% от ширины 682 (например, диаметра) масштабированного райзера 630. Например, в дополнительных вариантах реализации изобретения высота 636 масштабированной переходной части 658 составляет по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 100%, по меньшей мере 105%, по меньшей мере 110%, по меньшей мере 115%, по меньшей мере 120%, по меньшей мере 125%, по меньшей мере 130%, по меньшей мере 150%, по меньшей мере 200% или даже по меньшей мере 300% от ширины 682 (например, диаметра) масштабированного райзера 630.
Безотносительно к теоретическому обоснованию, предполагается, что на эпюру скоростей реагентов и продуктов в масштабированной нижней части реактора 650 значительное влияние оказывает масштабированная переходная часть 658 в случае, когда высота 686 масштабированной переходной части 658 составляет менее 70% от ширины 682 масштабированного райзера 630. Рассмотрим фиг. 4A и 4B, на которых представлены результаты моделирования потока текучей среды в конструкциях реактора с переходной частью 258, выполненной в форме усеченного конуса, цилиндрическим райзером 230, имеющим цилиндрическую форму, и нижней частью реактора 250, имеющей цилиндрическую форму. Моделирование проводилось с использованием пакета программного обеспечения Barracuda® для расчета динамики частиц текучей среды, который предлагается на рынке компанией CPFD Software LLC (Альбукерке, Нью-Мексико, США). Поток текучей среды и частиц моделируют путем использования значений входной скорости текучей среды и потока твердых частиц в основании нижнего реактора. Конструкции реактора на фиг. 4A и 4B имеют аналогичные значения входной скорости текучей среды и потока твердых частиц. Угол усеченного конуса для конструкции по фиг. 4A составляет 55 градусов от горизонтали. Угол усеченного конуса для конструкции по фиг. 4B составляет 20 градусов от горизонтали.
Фиг. 4A представляет вариант реализации изобретения, в котором высота переходной части 258 больше диаметра цилиндрического райзера 230, а фиг. 4B представляет вариант реализации изобретения, в котором высота переходной части 258 составляет менее 70% диаметра цилиндрического райзера 230. Как показано на фиг. 4A для случая, когда высота переходной части 258 больше диаметра райзера 230, скорость текучей среды в нижней части реактора 250 подвергается минимальному воздействию, так как скорость текучей среды значительно увеличивается только в переходной части 258. С другой стороны, как показано на фиг. 4B для случая, когда высота переходной части 258 составляет менее 70% от диаметра райзера 230, скорость текучей среды в нижней части реактора 250 существенно изменяется, так как рост скорости начинается в верхних областях нижней части реактора 250, а не в его переходной части 258.
Следует понимать, что на этапе 110 во всех вариантах реализации изобретения создание реального реактора не требуется. Например, этап 110 может не включать установку реального реактора, а может скорее относиться к проектированию реактора, с тем, чтобы можно было выполнять действия по установке, эксплуатации, наблюдению или получению данных, относящиеся к реальному базовому реактору. Выполнение расчета размеров масштабированного реактора на этапе 110 не требует фактической установки масштабированного реактора 600.
Согласно способам по данному описанию этап 120 может включать один или несколько подэтапов, выбранных из установки, эксплуатации, наблюдения или получения данных, и относящихся к базовому каталитическому реактору 500 с псевдоожиженным катализатором. Базовый каталитический реактор 500 с псевдоожиженным катализатором, как правило, представляет собой уменьшенную версию расчетной конструкции масштабированного реактора 600. Коэффициент масштабирования с уменьшением определяет величину пропорциональности между базовым реактором и конструкцией масштабированного реактора 600. Например, согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера 630 к площади поперечного сечения базового райзера 530 составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования, а отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора 650 к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования с уменьшением. Кроме того, согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения высота 586 базовой переходной части 558 составляет по меньшей мере 70% от рассчитанной ширины 682 масштабированного райзера 658. Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера 630 к площади поперечного сечения базового райзера 530 может составлять от 85% до 115% коэффициента масштабирования, от 90% до 110% коэффициента масштабирования, от 95% до 105% коэффициента масштабирования, от 98% до 102% коэффициента масштабирования или от 99% до 101% коэффициента масштабирования с уменьшением. Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения отношение площади поперечного сечения нижней части реактора 650 к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 может составлять от 85% до 115% коэффициента масштабирования, от 90% до 110% коэффициента масштабирования, от 95% до 105% коэффициента масштабирования, от 98% до 102% коэффициента масштабирования или от 99% до 101% коэффициента масштабирования с уменьшением.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения коэффициент масштабирования с уменьшением может составлять по меньшей мере 1,3, по меньшей мере 1,4, по меньшей мере 1,5, по меньшей мере 1,6 по меньшей мере 1,7, по меньшей мере 1,8, по меньшей мере 1,9, по меньшей мере 2, по меньшей мере 2,5, по меньшей мере 3, по меньшей мере 3,5, по меньшей мере 4, по меньшей мере 4,5, по меньшей мере 5, по меньшей мере 6, по меньшей мере 7, по меньшей мере 8, по меньшей мере 9 или даже по меньшей мере 10. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения коэффициент масштабирования может составлять от 1,3 до 5, от 2 до 4 или от 2,5 до 3,5.
Согласно настоящему описанию установка базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором может обозначать построение или иначе соединение либо сборку компонентов реактора для получения базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. Кроме того, использование базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором может обозначать управление базовым каталитическим реактором 500 с псевдоожиженным катализатором, в частности управление одной или несколькими химическими реакциями с образованием конечного химпродукта из реагента в базовом каталитическом реакторе 500 с псевдоожиженным катализатором. Наблюдение за базовым каталитическим реактором 500 с псевдоожиженным катализатором может относиться к изучению, лично или иным образом, базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором, либо в процессе эксплуатации, либо иным образом. Наблюдение может включать сбор данных, относящихся к работе базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. Получение данных, относящихся к базовому каталитическому реактору 500 с псевдоожиженным катализатором, может включать получение любой информации, связанной с работой базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. Например, получение данных, относящихся к базовому каталитическому реактору 500 с псевдоожиженным катализатором, может включать получение информации, относящейся к скоростям реакции, механике текучей среды, условиям процесса и т. п. в базовом каталитическом реакторе 500 с псевдоожиженным катализатором. Например, в качестве акта получения данных, относящихся к базовому каталитическому реактору 500 с псевдоожиженным катализатором, может быть включено получение публикации, раскрывающей конструкцию и/или рабочие характеристики базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения данные, относящиеся к базовому реактору 500, могут содержать один или несколько типов данных относительно площади поперечного сечения базового райзера 530, площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550, формы поперечного сечения базового райзера 558, формы поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 или формы базовой переходной части 558 (в том числе величины угла усеченного конуса).
Следует понимать, что в некоторых вариантах реализации изобретения этап 110 расчета приблизительных размеров масштабированного каталитического реактора 600 с псевдоожиженным катализатором является необязательным. Например, в одном или нескольких вариантах варианте реализации изобретения может проводиться наблюдение базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором либо получение данных, относящихся к базовому каталитическому реактору 500, без предварительного расчета размеров масштабированного каталитического реактора 600. Затем базовый каталитический реактор 500 с псевдоожиженным катализатором может быть масштабирован на величину коэффициента масштабирования таким образом, что величины площади поперечного сечения для масштабированного райзера 630 и масштабированной нижней части реактора 650 масштабируют на величину коэффициента масштабирования, причем масштабированная переходная часть 658 имеет высоту 686, составляющую по меньшей мере 70% от ширины 682 масштабированного райзера 630.
Возвращаясь к фиг. 1 и 3, отметим, что этап 130 может включать один или несколько подэтапов, выбранных из установки или эксплуатации масштабированного каталитического реактора 600, выполненного на основе базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором. Различные компоненты базового каталитического реактора 500 с псевдоожиженным катализатором могут быть масштабированы с использованием коэффициента масштабирования. Например, отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера 630 к площади поперечного сечения базового райзера 530 может составлять от 80% до 120% коэффициента масштабирования. Кроме того, отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора 650 к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 может составлять от 80% до 120% коэффициента масштабирования. Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера 630 к площади поперечного сечения базового райзера 530 может составлять от 85% до 115% коэффициента масштабирования, от 90% до 110% коэффициента масштабирования, от 95% до 105% коэффициента масштабирования, от 98% до 102% коэффициента масштабирования или даже от 99% до 101% коэффициента масштабирования. Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора 650 к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора 550 может составлять от 85% до 115% коэффициента масштабирования, от 90% до 110% коэффициента масштабирования, от 95% до 105% коэффициента масштабирования, от 98% до 102% коэффициента масштабирования или даже от 99% до 101% коэффициента масштабирования. Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения величины коэффициентов масштабирования с увеличением и с уменьшением могут быть подобными, например, отличаться в пределах 20%, 10%, 5% или даже 1%.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения коэффициент масштабирования может составлять по меньшей мере 1,3, по меньшей мере 1,4, по меньшей мере 1,5, по меньшей мере 1,6 по меньшей мере 1,7, по меньшей мере 1,8, по меньшей мере 1,9, по меньшей мере 2, по меньшей мере 2,5, по меньшей мере 3, по меньшей мере 3,5, по меньшей мере 4, по меньшей мере 4,5, по меньшей мере 5, по меньшей мере 6, по меньшей мере 7, по меньшей мере 8, по меньшей мере 9 или даже по меньшей мере 10. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения коэффициент масштабирования может составлять от 1,3 до 5, от 2 до 4 или от 2,5 до 3,5.
Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения способ масштабирования включает сохранение соотношения, например, в пределах 30%, значения высоты 686 масштабированной переходной части 658 по отношению к базовой переходной части 558. Например, высота 686 масштабированной переходной части 658 может составлять от 70% до 120% высоты 586 базовой переходной части 558, от 80% до 120% высоты 586 базовой переходной части 558, от 85% до 115% высоты 586 базовой переходной части 558, от 90% до 110% высоты 586 базовой переходной части 558, от 95% до 105% высоты 586 базовой переходной части 558, от 98% до 102% высоты 586 базовой переходной части 558 или от 99% до 101% высоты 586 базовой переходной части 558. Согласно настоящему описанию, безотносительно к теоретическому обоснованию предполагается, что в случаях, когда высота 686 масштабированной переходной части 658 подобна высоте 586 базовой переходной части (например, находится в пределах 20%), значения времени пребывания и скорости для масштабированной переходной части 658 и базовой переходной части 558 аналогичны (например, в пределах 30% для времени пребывания).
Согласно одному или нескольким вариантам реализации изобретения высота 686 масштабированной переходной части 658 может составлять по меньшей мере 70% от ширины 682 масштабированного райзера 630. Например, высота 686 масштабированной переходной части 658 может составлять по меньшей мере 70%, по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 100%, по меньшей мере 105%, по меньшей мере 110%, по меньшей мере 115%, по меньшей мере 120%, по меньшей мере 125%, по меньшей мере 130%, по меньшей мере 150%, по меньшей мере 200% или даже по меньшей мере 300% от ширины 682 масштабированного райзера 630.
В одном или нескольких вариантах реализации изобретения разность между эпюрами скоростей в масштабированной переходной части 658 на высоте средней точки масштабированной переходной части 658 и в базовой переходной части 558 на высоте средней точки базовой переходной части 558 менее или равна 30%, менее или равна 25%, менее или равна 20%, менее или равна 15%, менее или равна 10% или даже менее или равна 10%. В контексте данного документа эпюра скоростей на высоте средней точки масштабированной переходной части 658 или базовой переходной части 558 обозначает среднюю скорость движения текучей среды в направлении вверх в масштабированной переходной части 658 или базовой переходной части 558 на высоте средней точки соответственно.
Описанные в настоящем документе системы могут быть использованы в качестве технологического оборудования для проведения различных химических превращений с использованием псевдоожиженного катализатора. Например, углеводороды, а также другое химическое сырье можно превращать в требуемые химпродукты за счет использования реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора. Реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора имеют множество применений в промышленности, включая дегидрогенизацию парафинов и/или алкилированных ароматических углеводородов, крекинг углеводородов (т.е. крекинг с псевдоожиженным катализатором), хлорирование олефинов, окисление нафталина до фталевого ангидрида, получение акрилонитрила из пропилена, аммиака и кислорода, синтез Фишера-Тропша и полимеризацию этилена.
В целях описания и раскрытия содержания настоящего изобретения следует отметить, что в контексте данного документа термин «около» используется для представления имманентной степени неопределенности, свойственной любому количественному сравнению, значению, измерению или иному представлению. Этот термин также используется в настоящем описании для представления степени, в которой количественное выражение может отличаться от заявленного значения без внесения изменений в основную функцию рассматриваемого предмета.
Следует отметить, что в одном или более из следующих пунктов формулы изобретения использован термин «отличающийся тем, что» в качестве переходной фразы. В целях раскрытия содержания настоящего изобретения следует отметить, что этот термин используется в пунктах формулы изобретения в качестве универсальной переходной фразы, которая служит для представления ряда характеристик конструкции, и ее следует понимать аналогично более широко используемому универсальному ограничительному термину «содержащий».
В общем случае в контексте данного документа термины «впускные каналы» и «выпускные каналы» любого системного узла реакторной установки 102 с псевдоожиженным катализатором обозначают отверстия, сквозные отверстия, каналы, проемы, зазоры или другие подобные механические элементы в системном узле. Например, впускные каналы обеспечивают возможность доставки материалов в конкретный системный узел, а выпускные каналы обеспечивают возможность вывода материалов из конкретного системного узла. В общем случае выпускной канал или впускной канал образует область системного узла реакторной каталитической установки 102 с псевдоожиженным катализатором, к которой прикрепляют трубу, трубопровод, трубка, шланг, транспортировочную линию или подобный механический элемент, либо представляет собой часть системного узла, к которой непосредственно присоединяют другой системный узел. Хотя в настоящем описании могут быть рассмотрены функциональные особенности впускных каналов и выпускных каналов, они могут иметь подобные физические характеристики, а их соответствующие функции в действующей системе не должны рассматриваться в качестве факторов, ограничивающих их физическую конструкцию.
Специалистам в данной области техники очевидно, что в настоящем изобретении могут быть осуществлены различные изменения и вариации, не выходящие за пределы смысла и объема настоящего изобретения. Поскольку специалисты в данной области техники могут представить себе модификации, сочетания, субкомбинации и вариации раскрытых вариантов реализации изобретения, заключающих в себе смысл и существо изобретения, следует понимать, что изобретение охватывает весь объем прилагаемых пунктов формулы изобретения и их аналогов.

Claims (34)

1. Способ масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, включающий:
один или несколько этапов, выбранных из установки, эксплуатации, наблюдения за рабочим процессом или получения данных и относящихся к базовому каталитическому реактору с псевдоожиженным катализатором, содержащему базовый райзер, базовую нижнюю часть реактора и базовую переходную часть, соединяющую базовый райзер и базовую нижнюю часть реактора;
один или несколько этапов, выбранных из установки или эксплуатации масштабированного каталитического реактора, выполненного на основе базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, при этом масштабированный каталитический реактор с псевдоожиженным катализатором содержит масштабированный райзер, масштабированную нижнюю часть реактора и масштабированную переходную часть, соединяющую масштабированный райзер и масштабированную нижнюю часть реактора, причем:
отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера к площади поперечного сечения базового райзера составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования;
отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования;
коэффициент масштабирования составляет не менее 1,3; и
высота масштабированной переходной части составляет по меньшей мере 70% от ширины масштабированного райзера и от 70% до 130% высоты базовой переходной части.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент масштабирования составляет по меньшей мере 2.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент масштабирования составляет от 1,3 до 5.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что:
отношение площади поперечного сечения масштабированного райзера к площади поперечного сечения базового райзера составляет от 95% до 105% коэффициента масштабирования; и
отношение площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора составляет от 95% до 105% коэффициента масштабирования.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что высота масштабированной переходной части составляет по меньшей мере 95% от ширины масштабированного райзера.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что способ включает установку или эксплуатацию базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором.
7. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что способ включает наблюдение или получение данных, относящихся к базовому каталитическому реактору с псевдоожиженным катализатором.
8. Способ масштабирования каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, включающий:
расчет размеров масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, содержащего масштабированный райзер, масштабированную нижнюю часть реактора и масштабированную переходную часть, соединяющую масштабированный райзер и масштабированную нижнюю часть реактора, при этом расчет размеров масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором включает:
расчет в пределах 20% площади поперечного сечения и ширины масштабированного райзера;
расчет в пределах 20% площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора; и
расчет в пределах 20% площади поперечного сечения переходной части;
один или несколько этапов, выбранных из установки или эксплуатации базового каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором, содержащего базовый райзер, базовую нижнюю часть реактора и базовую переходную часть, соединяющую базовый райзер и базовую нижнюю часть реактора, причем
отношение рассчитанной площади поперечного сечения масштабированного райзера к площади поперечного сечения базового райзера составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования с уменьшением;
отношение рассчитанной площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора составляет от 80% до 120% коэффициента масштабирования с уменьшением;
коэффициент масштабирования с уменьшением составляет не менее 1,3; и
высота базовой переходной части составляет по меньшей мере 70% от рассчитанной ширины масштабированного райзера.
9. Способ по п. 8, дополнительно включающий установку или эксплуатацию масштабированного каталитического реактора с псевдоожиженным катализатором.
10. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что коэффициент масштабирования с уменьшением составляет по меньшей мере 2.
11. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что коэффициент масштабирования с уменьшением составляет от 1,3 до 5.
12. Способ по любому из пп. 8-11, отличающийся тем, что:
отношение рассчитанной площади поперечного сечения масштабированного райзера к площади поперечного сечения базового райзера составляет от 95% до 105% коэффициента масштабирования с уменьшением;
отношение рассчитанной площади поперечного сечения масштабированной нижней части реактора к площади поперечного сечения базовой нижней части реактора составляет от 95% до 105% коэффициента масштабирования с уменьшением.
13. Способ по любому из пп. 8-12, отличающийся тем, что высота базовой переходной части составляет по меньшей мере 95% от рассчитанной ширины масштабированного райзера.
14. Способ по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что масштабированная переходная часть имеет форму усеченной геометрической фигуры.
15. Способ по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что масштабированная переходная часть имеет форму усеченного конуса.
RU2019115095A 2016-11-02 2017-10-30 Способы проектирования масштабированных каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором RU2741553C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662416525P 2016-11-02 2016-11-02
US62/416,525 2016-11-02
PCT/US2017/058989 WO2018085194A1 (en) 2016-11-02 2017-10-30 Methods for designing scaled-up fluid catalytic reactors

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019115095A RU2019115095A (ru) 2020-11-17
RU2019115095A3 RU2019115095A3 (ru) 2020-12-11
RU2741553C2 true RU2741553C2 (ru) 2021-01-26

Family

ID=60515792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019115095A RU2741553C2 (ru) 2016-11-02 2017-10-30 Способы проектирования масштабированных каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10507448B2 (ru)
EP (1) EP3535052B1 (ru)
CN (1) CN110072610B (ru)
AR (2) AR109884A1 (ru)
BR (1) BR112019008932B1 (ru)
CA (1) CA3042284A1 (ru)
RU (1) RU2741553C2 (ru)
WO (1) WO2018085194A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4717467A (en) * 1987-05-15 1988-01-05 Mobil Oil Corporation Process for mixing fluid catalytic cracking hydrocarbon feed and catalyst
EA010002B1 (ru) * 2002-08-01 2008-06-30 Эксонмобил Кемикэл Пейтентс Инк. Химический аппарат с двухступенчатым реактором и способ конверсии углеводородов
WO2008080357A1 (en) * 2006-12-29 2008-07-10 Accelergy Shanghai R & D Center Co., Ltd. High throughput catalytic process mass transfer investigation method
RU2410155C2 (ru) * 2006-08-09 2011-01-27 Юоп Ллк Устройство для контактирования сырья, имеющего высокое содержание примесей, с катализатором в аппарате для проведения каталитического крекинга в псевдоожиженном слое катализатора
US20160272559A1 (en) * 2013-11-12 2016-09-22 Dow Global Technologies Llc Catalytic dehydrogenation process

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2084292A5 (ru) 1970-03-06 1971-12-17 Dresser Ind
US4579716A (en) 1983-09-06 1986-04-01 Mobil Oil Corporation Closed reactor FCC system with provisions for surge capacity
US5190650A (en) 1991-06-24 1993-03-02 Exxon Research And Engineering Company Tangential solids separation transfer tunnel
US6069012A (en) * 1997-05-23 2000-05-30 Kayser Technology, Inc. Versatile fluidized bed reactor
US6166282A (en) 1999-08-20 2000-12-26 Uop Llc Fast-fluidized bed reactor for MTO process
US7169293B2 (en) 1999-08-20 2007-01-30 Uop Llc Controllable space velocity reactor and process
US6655664B2 (en) 2002-04-30 2003-12-02 Shuo Wei Chuang Adjustable bubble generator practical for use as a relief valve
US20120211402A1 (en) * 2003-10-27 2012-08-23 Etx Systems Inc. Process for converting a liquid feed material into a vapor phase product
US7429363B2 (en) 2005-02-08 2008-09-30 Stone & Webster Process Technology, Inc. Riser termination device
GB0509742D0 (en) * 2005-05-13 2005-06-22 Ashe Morris Ltd Variable heat flux heat exchangers
US7902416B2 (en) 2006-12-28 2011-03-08 Uop Llc Fluidized bed reactor with back-mixing for dehydrogenation of light paraffins
US20100320121A1 (en) * 2006-12-29 2010-12-23 Bauman Richard F High throughput development method for catalytic hydroprocessing of dirty feedstocks
EP2535105A1 (en) * 2011-06-14 2012-12-19 Corning Incorporated Systems and methods for scale-up of microreactors
US8815082B2 (en) * 2011-12-12 2014-08-26 Uop Llc Process and apparatus for mixing two streams of catalyst
US8936758B2 (en) 2012-03-20 2015-01-20 Uop Llc Process and apparatus for mixing two streams of catalyst
CN103773407A (zh) * 2012-10-25 2014-05-07 中国石油大学(北京) 用于催化裂化生物质的方法
US9815040B2 (en) 2015-06-26 2017-11-14 Dow Global Technologies Llc Fluid solids contacting device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4717467A (en) * 1987-05-15 1988-01-05 Mobil Oil Corporation Process for mixing fluid catalytic cracking hydrocarbon feed and catalyst
EA010002B1 (ru) * 2002-08-01 2008-06-30 Эксонмобил Кемикэл Пейтентс Инк. Химический аппарат с двухступенчатым реактором и способ конверсии углеводородов
RU2410155C2 (ru) * 2006-08-09 2011-01-27 Юоп Ллк Устройство для контактирования сырья, имеющего высокое содержание примесей, с катализатором в аппарате для проведения каталитического крекинга в псевдоожиженном слое катализатора
WO2008080357A1 (en) * 2006-12-29 2008-07-10 Accelergy Shanghai R & D Center Co., Ltd. High throughput catalytic process mass transfer investigation method
US20160272559A1 (en) * 2013-11-12 2016-09-22 Dow Global Technologies Llc Catalytic dehydrogenation process

Also Published As

Publication number Publication date
AR109884A1 (es) 2019-01-30
US10507448B2 (en) 2019-12-17
AR121315A2 (es) 2022-05-11
CN110072610A (zh) 2019-07-30
CN110072610B (zh) 2022-02-18
CA3042284A1 (en) 2018-05-11
BR112019008932A2 (pt) 2019-07-16
WO2018085194A1 (en) 2018-05-11
EP3535052A1 (en) 2019-09-11
RU2019115095A3 (ru) 2020-12-11
EP3535052B1 (en) 2024-04-24
BR112019008932B1 (pt) 2022-10-25
RU2019115095A (ru) 2020-11-17
US20190282987A1 (en) 2019-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9643116B2 (en) Apparatuses and methods for gas-solid separations using cyclones
US11459282B2 (en) Methods for forming light olefins by cracking
US9370783B2 (en) Apparatuses and methods for gas-solid separations using cyclones
AU753423B2 (en) Separator apparatus
US11059763B2 (en) Methods and apparatuses for processing gas streams
RU2741553C2 (ru) Способы проектирования масштабированных каталитических реакторов с псевдоожиженным катализатором
RU2754860C2 (ru) Каталитические реакторы с псевдоожиженным катализатором, содержащие распределители потока
US10399022B2 (en) Apparatus for separating particulate solids
RU2741554C2 (ru) Системные компоненты систем реактора с псевдоожиженным катализатором
US11071958B2 (en) Particle disengagement device
WO2024118463A1 (en) Methods for producing olefinic compounds utilizing regenerators