RU2050969C1

RU2050969C1 - Reactor with fluidized catalyst bed

Info

Publication number: RU2050969C1
Authority: RU
Inventors: К.З. Бочавер; Н.М. Григоренко; А.М. Окружнов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "Томирис"
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1995-12-27

Abstract

FIELD: chemical technology. SUBSTANCE: case has reaction, regeneration, and separation chambers. Regeneration chamber with boiling bed of catalyst generated with oxidizer is connected to the boiling bed of catalyst in reaction chamber through an opening (passage). Regeneration gases, regenerated catalyst leave the chamber, and spent catalyst enters the chamber through this opening alternatively. Oxidizer enters lower part of regeneration chamber and boiling bed of reaction chamber. EFFECT: high efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для проведения процессов переработки углеводородов в псевдоожиженном слое катализатора. The invention relates to chemical technology and can be used to carry out hydrocarbon processing in the fluidized bed of a catalyst.

Известны устройства для переработки углеводородов в псевдоожиженном слое катализатора, содержащие размещенные в отдельных корпусах камеру с псевдоожиженным слоем катализатора, соединенные между собой и каналами, обеспечивающими рециркуляцию катализатора [1 и 2] В этих устройствах не может быть эффективно использовано тепло, выделяемое при регенерации катализатора. Known devices for processing hydrocarbons in a fluidized bed of a catalyst, containing a chamber with a fluidized bed of catalyst placed in separate housings, connected to each other and channels to recirculate the catalyst [1 and 2] The heat generated during catalyst regeneration cannot be effectively used in these devices.

Известны устройства, в которых камера регенерации и реакционная камера размещены в одном корпусе концентрично, что дает возможность более эффективно использовать тепло, выделенное при регенерации (3-5). Циркуляция катализатора в этих устройствах обеспечивается либо за счет создания повышенного давления попеременно в реакционной камере и камере регенерации [3] либо за счет эжекции газовым потоком [4 и 5] Это затрудняет создание оптимальных условий по температурному режиму и давлению. Devices are known in which the regeneration chamber and the reaction chamber are placed concentrically in one housing, which makes it possible to more efficiently use the heat released during regeneration (3-5). The circulation of the catalyst in these devices is ensured either by creating increased pressure alternately in the reaction chamber and the regeneration chamber [3] or by ejection with a gas stream [4 and 5] This makes it difficult to create optimal conditions for temperature and pressure.

Наиболее близким к предлагаемому является аппарат для проведения реакций в псевдоожиженном слое катализатора, содержащий корпус, расположенные в его нижней половине концентрично цилиндрические перегородки, образующие камеры с псевдоожиженным слоем катализатора, открытые в верхней части, патрубки ввода потоков в каждую из камер, распределитель вводимого в центральную камеру потока газа, размещенные в верхней половине корпуса, куда поступают газообразные продукты из обеих камер, циклонные сепараторы, соединенные с патрубком вывода продуктов [6] В данном аппарате происходит перемещение катализатора из наружной камеры во внутреннюю, однако циркуляция катализатора из внутренней камеры во внешнюю предусмотрена. Closest to the proposed one is an apparatus for carrying out reactions in a fluidized bed of a catalyst, comprising a housing, concentrically cylindrical partitions located in its lower half, forming chambers with a fluidized bed of catalyst, open in the upper part, nozzles for introducing flows into each of the chambers, a distributor introduced into the central a gas flow chamber located in the upper half of the housing, where gaseous products from both chambers enter, cyclone separators connected to the outlet pipe ucts [6] In this device the catalyst is moving from the outer chamber into the inner, but the catalyst circulation from the interior chamber to the exterior is provided.

Цель изобретения повышение экономичности, обеспечение оптимальных условий проведения процессов переработки углеводородов и регенерации катализатора в одном аппарате с использованием выделяемого при выжиге кокса тепла. The purpose of the invention is improving efficiency, providing optimal conditions for the processes of hydrocarbon processing and catalyst regeneration in one apparatus using the heat generated during coke burning.

Это достигается тем, что регенерация катализатора проводится в двух или нескольких секциях регенератора, имеющих тепловой контакт (например, общие теплопроводящие стенки) с камерой реакции, а внутренние полости секций регенерации имеют выход (например, отверстие, канал) в кипящий слой катализатора зоны реакции. This is achieved by the fact that the regeneration of the catalyst is carried out in two or more sections of the regenerator having thermal contact (for example, common heat-conducting walls) with the reaction chamber, and the internal cavities of the regeneration sections have an outlet (for example, a hole, a channel) into the fluidized bed of the catalyst of the reaction zone.

Регенерация катализатора производится в кипящем слое, создаваемом окислителем (например, воздух, кислород), удаление катализатора из секции регенератора производится через канал в верхней стенке камеры регенератора за счет увеличения скорости газов в кипящем слое выше скорости уноса, а заполнение секции катализатором для его регенерации самотеком через тот же канал при уменьшенной скорости псевдоожижающего газа. The catalyst is regenerated in a fluidized bed created by an oxidizing agent (for example, air, oxygen), the catalyst is removed from the regenerator section through a channel in the upper wall of the regenerator chamber by increasing the gas velocity in the fluidized bed above the ablation rate, and the section is filled with a catalyst for its regeneration by gravity through the same channel at a reduced velocity of the fluidizing gas.

Указанные особенности и некоторые другие данные в описании конструкции и ее работы дают возможность поддерживать работоспособность катализатора на эффективном уровне при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах. These features and some other data in the description of the design and its operation make it possible to maintain the catalyst operability at an effective level with minimal capital and operating costs.

На фиг. 1 изображен предлагаемый реактор; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 примерная циклограмма подачи окислителя в регенератор. In FIG. 1 shows the proposed reactor; figure 2 view a in figure 1; figure 3 an exemplary sequence diagram of the supply of the oxidizing agent to the regenerator.

Реактор содержит корпус 1, в нижней части которого расположена камера реакции 2 сырья в кипящем слое катализатора и камера регенерации 3 катализатора окислителем, например воздухом, в кипящем слое. The reactor contains a housing 1, in the lower part of which there is a reaction chamber 2 of the feedstock in a fluidized bed of catalyst and a regeneration chamber 3 of a catalyst with an oxidizing agent, for example air, in a fluidized bed.

В верхней части корпуса реактора размещены камера 4 гравитационной сепарации продуктов реакции от пыли катализатора и фильтр 5, состоящий из пористых фильтрующих элементов, например пористой керамики или металлокерамики, или какого-либо другого термостойкого пористого материала). In the upper part of the reactor vessel there is a chamber 4 for gravitational separation of reaction products from catalyst dust and a filter 5 consisting of porous filter elements, such as porous ceramics or cermets, or some other heat-resistant porous material).

Камера регенерации состоит из двух или нескольких секций 6, отделенных друг от друга герметичными теплопередающими перегородками 7. The regeneration chamber consists of two or more sections 6, separated from each other by hermetic heat transfer partitions 7.

Внутри камер 2 и 3 расположены распределители 8 окислителя и сырья. Стенки камеры регенерации 3 могут быть выполнены из теплопередающего материала, например нержавеющей стали, и частично покрыты теплоизолирующим материалом 9. Inside chambers 2 and 3, oxidizer and raw material distributors 8 are located. The walls of the regeneration chamber 3 can be made of heat transfer material, for example stainless steel, and partially covered with heat insulating material 9.

На камере 2 расположены патрубки ввода сырья 10, окислителя 11 и 12, загрузки катализатора 13 и выгрузки катализатора 14. On the chamber 2 there are nozzles for inputting raw materials 10, oxidizing agents 11 and 12, loading catalyst 13 and discharging catalyst 14.

В верхней части корпуса 1 расположен патрубок вывода продуктов реакции 15. In the upper part of the housing 1 is located the outlet pipe of the reaction products 15.

В верхней стенке камеры 2 регенерации имеются отверстия (каналы) 16, сообщающие внутреннюю полость каждой из секций регенератора с кипящим слоем камеры реакции 2. In the upper wall of the regeneration chamber 2 there are openings (channels) 16 communicating the internal cavity of each of the sections of the regenerator with a fluidized bed of the reaction chamber 2.

Снаружи корпус реактора покрыт теплоизоляцией 17. Outside the reactor vessel is covered with thermal insulation 17.

Система подачи окислителя 18 (воздуха, кислорода) в регенератор состоит из системы трубопроводов с входным патрубком 19, регулятором 20 расхода окислителя и автоматических запорных клапанов 21. The supply system of the oxidizer 18 (air, oxygen) to the regenerator consists of a piping system with an inlet pipe 19, an oxidizer flow regulator 20 and automatic shut-off valves 21.

На фиг.2 представлена примерная циклограмма работы системы подачи окислителя в секции регенерации (условно принято, что камера регенерации разделена на 3 секции). Figure 2 presents an exemplary sequence diagram of the operation of the oxidizer supply system in the regeneration section (it is conventionally assumed that the regeneration chamber is divided into 3 sections).

Обозначения:
τ_ц продолжительность одного полного цикла;
τ_I,τ_II,τ_III продолжительность I, II и III фаз соответственно;
a_I, a_II, a_III величины скорости газа в кипящем слое регенератора I, II и III фазах соответственно.Designations:
τ _{C the} duration of one full cycle;
τ _I , τ _II , τ _{III the} duration of phases I, II and III, respectively;
a _I , a _II , a _III are the gas velocities in the fluidized bed of the regenerator of phases I, II, and III, respectively.

Реактор работает следующим образом:
Углеводородное сырье предварительно подогретое вводят через патрубок 10 в камеру реакции 2 с кипящим слоем пылевидного катализатора, где происходит реакция с получением целевых продуктов (например, преобразование парафиновых и нафтеновых углеводородов в ароматические углеводороды и изопарафины на катализаторе, содержащем высококремнистый цеолит и др. составляющие, или дегидрирование пропана и бутана в пропилен на соответствующем катализаторе). В качестве побочного продукта образуется водород, часть которого выжигается окислителем, например воздухом, подаваемым в кипящий слой катализатора через патрубки 12. При этом выделяющееся тепло восполняет недостаток тепла получаемого в результате выжига кокса и передаваемого из регенератора через стенку камеры 3 в камеру 2 реакции. Снижение концентрации водорода благоприятно сказывается на процессе, уменьшая нежелательные реакции гидрокрекинга целевых продуктов. Газообразные продукты реакции в смеси с дымовыми газами регенерации поступают в камеру 4 гравитационной сепарации катализаторной пыли. Остатки пыли оседают на поверхности фильтра 5, накапливаются на ней и периодически осыпаются в камеру реакции 2.The reactor works as follows:
The preheated hydrocarbon feed is introduced through a pipe 10 into a reaction chamber 2 with a fluidized bed of a dusty catalyst, where the reaction occurs to obtain the desired products (for example, the conversion of paraffinic and naphthenic hydrocarbons to aromatic hydrocarbons and isoparaffins on a catalyst containing high-silicon zeolite and other components, or dehydrogenation of propane and butane to propylene on an appropriate catalyst). Hydrogen is formed as a by-product, part of which is burned out by an oxidizing agent, for example, air supplied to the fluidized bed of the catalyst through the nozzles 12. In this case, the generated heat makes up for the lack of heat obtained by burning the coke and transferred from the regenerator through the wall of the chamber 3 to the reaction chamber 2. A decrease in hydrogen concentration favorably affects the process, reducing the undesirable hydrocracking reactions of the target products. The gaseous reaction products in a mixture with flue gases regeneration enter the chamber 4 of the gravitational separation of catalyst dust. Residues of dust settle on the surface of the filter 5, accumulate on it and periodically showered in the reaction chamber 2.

Поддержание каталитической активности катализатора происходит за счет периодического отбора некоторого количества катализатора из камеры 2 реакции, перемещения его в одну из секций 6 камеры регенерации 3 и регенерации его путем выжига кокса с помощью окислителя (воздуха, обогащенного кислородом воздуха, кислорода), подаваемого системой подачи окислителя 18. The catalytic activity of the catalyst is maintained by periodically taking a certain amount of catalyst from the reaction chamber 2, moving it to one of the sections 6 of the regeneration chamber 3 and regenerating it by burning coke using an oxidizing agent (air enriched with oxygen, air) supplied by the oxidizer supply system eighteen.

Цикл регенерации катализатора имеет 3 фазы. The catalyst regeneration cycle has 3 phases.

Фаза I. Свободная от катализатора секция камеры регенерации заполняется катализатором через отверстия 16 самотеком. При этом в секцию производят постоянную подачу окислителя в количестве, обеспечивающем минимальное псевдоожижение (скорость газа в кипящем слое катализатора несколько выше скорости начала псевдоожижения), но при этом величина проходного сечения отверстия 16 должна быть такой, чтобы скорость газа в нем была значительно меньше критической скорости уноса катализатора, что обеспечивает поступление катализатора из камеры реакции. Псевдоожижение катализатора в этой фазе необходимо, чтобы избежать его выброса вследствие поршневого эффекта в начале псевдоожижения в следующей фазе. Phase I. The catalyst-free section of the regeneration chamber is filled with the catalyst through openings 16 by gravity. At the same time, the oxidizing agent is continuously supplied to the section in an amount that ensures minimal fluidization (the gas velocity in the fluidized bed of the catalyst is slightly higher than the velocity of the onset of fluidization), but the passage size of the opening 16 must be such that the gas velocity in it is much lower than the critical velocity entrainment of the catalyst, which ensures the flow of catalyst from the reaction chamber. The fluidization of the catalyst in this phase is necessary in order to avoid its ejection due to the piston effect at the beginning of the fluidization in the next phase.

Фаза II. Через секцию пропускают расчетное количество окислителя, необходимое для выжига поверхностного кокса. При этом тепло от сгорания кокса передается частично в камеру реакции с газами регенерации и через стенку, разделяющую камеры 2 реакции и регенерации 3. Phase II The calculated amount of oxidizing agent required for burning out surface coke is passed through the section. In this case, the heat from the combustion of coke is partially transferred to the reaction chamber with the regeneration gases and through the wall separating the reaction and regeneration chambers 2.

Скорость газа а_п в секции 6 обеспечивает надежно кипящий слой, скорость газа в канале 16 несколько выше скорости уноса катализатора.The gas velocity a _p in section 6 provides a reliably fluidized bed; the gas velocity in channel 16 is slightly higher than the catalyst ablation rate.

После выгорания поверхностного кокса для восстановления активности катализатора требуется выжечь внутрикристаллический кокс. Для этого требуется при наличии окислителя поддержать высокую температуру в кипящем слое секции, что достигается хорошим теплообменом между соседними секциями. Избыточное количество кислорода выбрасывается в составе газов регенерации в кипящий слой катализатора камеры реакции, где взаимодействует с водородом и углеводородами. After burning out surface coke, intracrystalline coke must be burned out to restore catalyst activity. This requires, in the presence of an oxidizing agent, to maintain a high temperature in the fluidized bed of the section, which is achieved by good heat transfer between adjacent sections. Excess oxygen is released in the composition of the regeneration gases into the fluidized bed of the catalyst of the reaction chamber, where it interacts with hydrogen and hydrocarbons.

Фаза III. Для перемещения отрегенерированного катализатора в камеру реакции скорость a_III газа в кипящем слое секции регенерации устанавливают выше скорости уноса катализатора. С целью уменьшения истирания катализатора в канале 16 скорость a_III можно уменьшить, но при этом каждый цикл регенерации должен включать в себя продувку секции регенератора по режиму фазы III несколько раз, причем продувки отделяются друг от друга во времени периодами работы по режиму фазы I.Phase III To transfer the regenerated catalyst into the reaction chamber, the gas velocity a _III in the fluidized bed of the regeneration section is set higher than the catalyst ablation rate. In order to reduce the abrasion of the catalyst in channel 16, the speed a _III can be reduced, but each regeneration cycle must include purging the regenerator section in phase III mode several times, and the purges are separated from each other in time by periods of operation in phase I.

Claims

Pseudo-LIQUID CATALYST LAYER REACTOR, comprising a housing, in the lower part of which there is a reaction chamber and a catalyst regeneration chamber, in the upper part there is a gravity separation chamber and a filter system, flow inlet nozzles, an oxidizer supply device for the reactor, catalyst loading and unloading nozzles, characterized the fact that the regeneration chamber is divided into sections by vertical heat-conducting sealed partitions, each of the sections has a hole (or channel) in the upper part that communicates it along a chamber with a reaction chamber, and a device for supplying an oxidizing agent.