реактор каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора и его применение

Формула изобретения

1. Реактор каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, содержащий удлиненный реакторный стояк и реакторный бак, содержащий отпарную зону с псевдоожиженной плотной фазой и вывод для катализатора в его нижнем конце, вывод крекинг-газов в его верхнем конце и циклонный сепаратор, соединенный потоком с выходом из реакторного стояка, причем циклонный сепаратор имеет погружную ножку, нижний открытый конец которой заканчивается ниже верхнего уровня слоя отпарной зоны с псевдоожиженным слоем плотной фазы, а отпарная зона с псевдоожиженным слоем плотной фазы содержит горизонтальную пластину, расположенную под нижним открытым концом погружной ножки, причем пластина представляет собой круглую пластину с приподнятым бортиком, а нижний открытый конец погружной ножки сужен, при этом диаметр (d3) круглой пластины, включая приподнятый бортик, находится в пределах от 1,2 до 0,9 диаметра погружной ножки.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что диаметр (d3) круглой пластины такой же, как диаметр погружной ножки.

3. Реактор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что расстояние (d2) между основанием пластины и открытым нижним концом погружной ножки составляет от 0,2 до 0,8 диаметра погружной ножки.

4. Реактор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что высота приподнятого бортика над основанием пластины составляет от 20 до 40% расстояния d2, где расстояние d2 является расстоянием между основанием пластины и открытым нижним концом погружной ножки.

5. Реактор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что на приподнятом бортике около дна пластины имеются отверстия, делающие пластину самодренирующейся.

6. Реактор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что пластина покрыта износоустойчивым материалом.

7. Применение реактора по пп.1-6 в каталитическом процессе крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора.

8. Применение по п.7, отличающееся тем, что от 100 до 500 кг/м ²·с катализатора проходит через погружную ножку циклонного сепаратора при расчете для площади поперечного сечения погружной ножки непосредственно над ее сужением.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к реактору каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора (ККП), включающем удлиненный реакторный стояк и реакторный бак. Реакторный бак включает отпарную зону с псевдоожиженной плотной фазой и вывод для катализатора в его нижнем конце, вывод крекинг-газов в его верхнем конце и циклонный сепаратор, соединенный потоком с выходом из реакторного стояка. Циклонный сепаратор имеет погружную ножку, нижний открытый конец которой заканчивается ниже верхнего уровня слоя отпарной зоны с псевдоожиженным слоем плотной фазы.

Описанный выше аппарат раскрыт в US-A-5039397. В соответствии с этой публикацией погружная ножка так называемых циклонных сепараторов с закрытым дном погружена в катализаторный слой, обеспечивая тем самым уплотнение, препятствующее крекинг-газам проходить через погружную ножку.

Часто встречающейся проблемой является то, что в реакторном стояке возникает всплеск давления по причине, например, ненормально функционирующего оборудования, внезапного испарения воды, присутствующей в углеводородном сырье и/или различных нарушений давления в установке. В случае всплеска давления давление, которое создается в системе слоем катализатора вокруг погруженного конца погружной ножки, как описано в US-A-5039397, оказывается недостаточным для предотвращения прохода крекинг-газов через погружную ножку. Этот феномен называют также «подбарьерным переходом» протекающих через циклон газов. Он невыгоден, поскольку крекинг-газы содержат относительно большие количества предшественников кокса по сравнению, например, с углеводородами, которые обычным образом захватываются катализатором, выводимым через погружную ножку. Эти предшественники кокса являются причиной нежелательного образования кокса в открытом объеме над псевдоожиженным плотным слоем отгонной зоны. Такое образование кокса может иметь последствием остановку КПП-реактора до завершения проведения процесса. Кроме того, удаление кокса очень трудоемко и требует значительного времени.

Названная выше проблема устраняется помещением непосредственно под нижним открытым концом погружной ножки горизонтальной пластины. Пластина обеспечивает то, что в случае всплеска давления не происходит резкого усиления нисходящего потока крекинг-газов через погружную ножку. Предполагается, что это обусловлено противодавлением, возникающим в результате сдавливания катализатора всплеском давления в ограниченной щели между пластиной и отверстием для выхода катализатора из погружной ножки. Обычно диаметр пластины в 1,5 раза больше диаметра погружной ножки. Примеры таких устройств предшествующего уровня техники приведены в US-A-2958653 и US-A-5139748.

Недостатком реакторного бака предшествующего уровня техники является то, что пластины занимают в реакторном баке большое горизонтальное пространство. В результате этого возникает необходимость либо увеличения диаметра бака, либо использования в реакторном баке меньшего количества погружных ножек и, соответственно, меньшего количества циклонов. Такие геометрические ограничения встречаются, например, тогда, когда в псевдоожиженный отпарной слой плотной фазы погружены более одной погружной ножки первичного циклона и более одной погружной ножки вторичного циклона.

Целью настоящего изобретения является создание аппарата для проведения КПП-процесса, который бы сводил к минимуму опасность того, что в случае всплесков давления крекинг-газы пройдут через погружную ножку циклонов с закрытым дном. Другим объектом изобретения является создание компактной конструкции нижнего открытого конца погружной ножки циклона.

Названные выше цели достигаются при использовании следующего реактора каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора. Реактор каталитического крекинга с псевдоожиженньм слоем катализатора, включающий удлиненный реакторный стояк и реакторный бак, где реакторный бак включает отпарную зону с псевдоожиженным слоем плотной фазы и вывод катализатора в его нижнем конце, вывод для крекинг-газов в его верхнем конце и циклонный сепаратор, соединенный потоком с выходом из реакторного стояка, причем названный циклонный сепаратор снабжен погружной ножкой, нижний открытый конец которой заканчивается ниже верхнего уровня слоя отпарной зоны с псевдоожиженным слоем плотной фазы, а отпарная зона с псевдоожиженным слоем плотной фазы содержит, кроме того, горизонтальную пластину, расположенную под нижним открытым концом погружной ножки, причем эта пластина представляет собой круглую пластину с приподнятым бортиком, в то время как нижний открытый конец погружной ножки сужен, а диаметр (D3) круглой пластины, включая приподнятый бортик, находится в пределах от 1,2 до 0,9 диаметра погружной ножки.

Было установлено, что при использовании реактора в соответствии с настоящим изобретением площадь пластины может быть намного меньше, чем в том случае, когда используются плоская пластина и несуженная открытая на конце погружная ножка. Испытания показали, что такой вариант, включающий модифицированные пластину и отверстие погружной ножки, способен при нормальных условиях привести к таким же результатам в отношении ограничения подбарьерного прохода газа, что и немодифицированные пластина и погружная ножка предшествующего уровня техники. Модифицированные пластина и погружная ножка позволяют, кроме того, избежать избыточного подбарьерного прохода газа в том случае, когда уровень псевдоожиженного плотного слоя отпарной зоны временно понижается или когда происходит всплеск давления от реакторного стояка. Такая модифицированная конструкция препятствует также восходящему потоку отпаривающего и отпариваемого газов из слоя в погружную ножку. Другие предпочтительные варианты будут выявлены в приведенном ниже описании.

Изобретение может найти применение в новых КПП-реакторах или при модифицировании существующих КПП-реакторов. Существующие КПП-реакторы, которые могут быть модифицированы в реактор, соответствующий настоящему изобретению, должны для этой цели включать реакторный бак, в котором имеется устройство для циклонного разделения, соединенное потоком с нижним по ходу потока концом реакторного стояка с и отпарной зоной у его нижнего конца. Примеры таких КПП-реакторов приведены на фиг.1-16, 1-17, 1-19, 1-21 и 1-22, опубликованных в "Fluid Catalytic Cracking Technology and Operation" (Технология каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора и технологический процесс) Д.У.Уилсоном (Josef W. Wilson), PennWell Publishing Company, Tulsa Oklahoma (USA), 1997, стр.31-39. Приведенные реакторы описывают варианты, в которых верхний конец реакторного стояка помещен внутри реакторного бака или вне реакторного бака. Для настоящего изобретения местонахождение верхнего конца реакторного стояка не является существенным.

Циклонный сепаратор, оборудованный пластиной у нижнего конца его погружной ножки, представляет собой так называемый циклон грубого разделения, или первичный циклон, в котором осуществляется первичное разделение катализатора и крекинг-газов. От 1 до 4 подходящих для этой цели первичных циклонов соединены потоком с реакторным стояком. Реакторный бак может быть оборудован дополнительными ступенями разделения, например вторичными циклонами, для дальнейшего отделения катализаторной пыли от крекинг-газов. Один первичный циклон может быть соединен потоком с подходящим числом (от 1 до 4) вторичных циклонов. Конструкция первичного циклона может быть различной при условии, что он соединен потоком с выступающей вниз погружной ножкой. Циклон может быть, например, циклоном горизонтального типа, как описано в ЕР-А-332277, или традиционным вертикальным циклоном. Сама погружная ножка имеет относительно большую площадь поперечного сечения с целью того, чтобы вместить большие количества катализатора, который обычно проходит через такие погружные ножки. Нижний конец погружен в псевдоожиженный плотный слой катализатора отпарной зоны. Высота слоя катализатора над выпускным отверстием погружной ножки должна быть достаточной для того, чтобы избежать в процессе нормальной работы подбарьерного прохода какого-либо газа. Эта высота может быть легко определена специалистом.

Поток катализатора в таком первичном циклоне, измеряемый на площади поперечного сечения погружной ножки непосредственно над сужением, составляет, в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно от 100 до 500 кг/м²·с.

Изобретение и его предпочтительные варианты иллюстрируются ниже с помощью фиг.1 и 2. Фиг.1 представляет ККП-реактор предыдущего уровня техники. Фиг.2 является детализированным изображением нижнего конца погружной ножки, где показана описанная выше модифицированная пластина.

Фиг.1 представляет дальнюю по ходу потока часть реакторного стояка (1), размещенную внутри реакторного бака (14). Через реакторный стояк (1) протекают снизу вверх в виде псевдоожиженного слоя разбавленной фазы катализатор и углеводородное сырье. Дальняя по ходу потока часть (1) реакторного стояка (1) соединена потоком с первичным циклоном (3). Первичный циклон (3) включает цилиндрический корпус (4), низшая часть (5) в форме усеченного конуса, соединенная с погружной ножкой (6). Погружная ножка (6) имеет меньший диаметр, чем цилиндрический корпус (3). Как правило, диаметр погружной ножки равен от 0,3 до 0,7 диаметра цилиндрического корпуса (4). Под нижним открытым концом (7) погружной ножки (6) находится горизонтальная круглая пластина (8). Диаметр такой пластины (8) обычно равен 1,5-2 диаметрам погружной ножки (6). Частично очищенные крекинг-газы выходят через выводной трубопровод (9). Этот трубопровод связан потоком с вводом газа (10) вторичного циклона (11). Газовыводящий трубопровод (9) имеет щель (12), через которую отпаривающий газ может быть выведен из реакторного бака (1) через вторичный циклон (11). Вторичный циклон (11) имеет погружную ножку (15), имеющую на своем нижнем конце капельный вентиль (16), расположенный над уровнем (23) псевдоожиженного слоя. Очищенные газы выводятся из вторичного циклона (11) и из реакторного бака (14) через вентиляционную камеру (18) и газовыводящий трубопровод (17). В нижнем конце (19) реакторного бака (14) располагается отпарная зона, включающая псевдоожиженный слой плотной фазы (20). В псевдоожиженый слой (2) отпаривающая и флюидизирующая среда, преимущественно водяной пар, поступает через устройство 21. Отпаренный катализатор отводится из реакторного бака (14) через трубу (22) к регенераторной зоне (не показана).

На фиг.2 изображен нижний конец модифицированной погружной ножки (24) и модифицированная пластина (25). Пластина (25) может иметь любую форму, например прямоугольную. Предпочтительна круглая пластина (25). Пластина (25) имеет приподнятый бортик, называемый также кромкой (26). Нижний конец погружной ножки

(24) имеет сужение (27). Диаметр (d3) круглой пластины (25), включая кромку (26), составляет предпочтительно от 1,2 до 0,9 диаметра (d1) погружной ножки (24) и, более предпочтительно, имеет такой же диаметр. Расстояние (d2) между основанием пластины

(25) и открытым нижним концом погружной ножки (24) составляет предпочтительно от 0,2 до 0,8 диаметра (d1) погружной ножки (24). Высота кромки над основанием пластины (25) составляет предпочтительно от 20 до 40% расстояния (d2). Диаметр плоской части пластины приблизительно такой же, как диаметр отверстия (28). Предпочтительно, чтобы на кромке (26) около дна пластины имелись отверстия, позволяющие катализатору стекать с пластины, когда катализаторы удаляют из реакторного бака, например при операции отключения. Иными словами, эти отверстия предназначены для того, чтобы пластина была самодренирующейся. Модифицированная погружная ножка и пластина, как показано на фиг.2, могут должным образом найти применение в реакторном баке фиг.1.

Пластину преимущественно покрывают износоустойчивым материалом, например огнеупорным материалом, который обычно используют в баке КПП-реактора. Размеры, как было сказано выше, рассчитывают исходя из поверхности износоустойчивого материала, если таковой имеется.