Способ регенерации закоксованного катализатора и его применение

(51) 01 38/24 (2006.01) 01 23/90 (2006.01) 01 8/12 (2006.01) 10 59/00 (2006.01) 07 5/27 (2006.01) 07 6/02 (2006.01) 07 5/32 (2006.01) 10 11/16 (2006.01) 10 50/00 (2006.01) 10 35/12 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Настоящее изобретение описывает зону горения для установки регенерации катализатора,для непрерывной регенерации катализатора,указанная зона горения имеет кольцевую форму в поперечном сечении и разделена, по меньшей мере,на две ступени горения, каждая ступень разделена на множестворадиальных секторов, которые являются по существу одинаковыми, катализатор движется в потоке под действием силы тяжести из одного сектора первой ступени горения в сектор,который вертикально выровнен со второй ступенью горения посредством ловушек для конденсата, и движение горючего газа является таким, что горючий газ проходит последовательно через все сектора первой ступени горения в любом порядке, а затем через все сектора второй ступени в любом порядке.(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич(54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЗАКОКСОВАННОГО КАТАЛИЗАТОРА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Настоящее изобретение относится к области установок, использующих технологию с подвижным слоем, эта технология находится, например, в установках для каталитического риформинга бензинов, в установках скелетной изомеризации, в установках метатезиса или в определенных установках олигокрекинга или дегидрирования. Эта технология отличается тем, что каталитический слой следует медленному движению под действием силы тяжести, в то время как исходные материалы,которые должны перерабатываться, проходят через слой поперек него или радиально. Для этой цели исходные материалы, как правило, вводят на периферии каталитического слоя, движущегося в потоке под действием силы тяжести, и эффлюенты реакции собирают в центральном коллекторе. Движение от центра в направлении периферии каталитического слоя также может предусматриваться. В установках каталитического риформинга зона для регенерации закоксованного катализатора также использует технологию подвижного слоя. Эта зона регенерации содержит несколько ступеней горения,оксихлорирования,кальцинирования и восстановления катализатора,как описано,например, в патентах 2641712,2761910 и 2922786. Более конкретно, настоящее изобретение относится к расположению зоны горения,образующей часть зоны регенерации, эта зона горения разделена на радиальные сектора, через каждый сектор топливный газ проходит вдоль конкретного пути. Преимущества этой новой конфигурации по сравнению с предыдущим уровнем техники представляют собой улучшенный контроль температуры в указанной зоне горения и оптимизированное потребление топливного газа. Настоящее изобретение также включает упрощение внутренних средств зоны горения по сравнению с предыдущим уровнем техники. Обсуждение предыдущего уровня техники В регенерационных установках, например, при каталитическом риформинге бензинов, регенерацию закоксованного катализатора, после того как он проходит через реакционную зону, осуществляют непрерывно. Это происходит, например, при интенсивном каталитическом риформинге. В этом типе установок катализатор непрерывно извлекают из реактора или реакторов, удаляют продувкой водород, который он содержит, и направляют в зону регенерации, в которой кокс выжигают контролируемым образом для восстановления активности катализатора. Другие операции осуществляют в зоне регенерации,например, оксихлорирование, кальцинирование или восстановление катализатора,но настоящее изобретение относится, конкретно, к зоне горения. В этой зоне горения излишний нагрев катализатора должен быть предотвращен для того,чтобы не ухудшать каталитических характеристик и предотвратить образование горячих пятен, это означает, что операцию необходимо осуществлять с 2 помощью кислорода,сильно разбавленного инертными газами (например, азотом или диоксидом углерода). Для этой цели обычным является рециклирование газов горения, которые обеднены кислородом, для использования в качестве разбавителя посредством инжектирования малого количества воздуха, таким образом, чтобы содержание кислорода было достаточно низким для ограничения экзотермичности реакции горения. Специалист в данной области знает как осуществить горение в две стадии, первую стадию осуществляют при низкой температуре без топлива для контролирования выжигания большей части кокса, с большим, но, тем не менее, ограниченным увеличением температуры, за которой следует вторая стадия при более высокой температуре, с избытком топлива для завершения горения, хотя и сопровождающаяся относительно малым повышением температуры, связанным с малым количеством кокса, остающегося для выжигания. Согласно литературным данным, горение кокса,как правило, осуществляют в двух тонких радиальных слоях, расположенных в виде кольца в поперечном сечении, в которых катализатор движется сверху вниз при малой скорости, двигаясь в потоке под действием силы тяжести, газ горения движется горизонтально через радиальный слой, как правило, изнутри слоя в направлении наружу. Газы, удаленные из различных зон регенерации,извлекают и обрабатывают для того, чтобы их можно было опять рециклировать в зону регенерации. На самом деле, из литературы известно разбавление кислорода азотом. Однако азот является очень дорогостоящим газом. Например, для установки риформинга с 40 тоннами катализатора, если газы регенерации не используют повторно,необходимо использовать приблизительно 6000-10000 нм 3/час азота. Посредством рециклирования газов регенерации потребление свежего азота падает приблизительно до 80 нм 3/час. В дополнение к этому, контур газа регенерации содержит различные единицы дорогостоящего оборудования,такие как компрессор рециклирования, сушка, электрическая печь или обменник. Таким образом, любое уменьшение скорости потока азота оказывает значительное влияние на капитальные вложения и стоимость работы контура регенерации катализатора. Одна из задач настоящего изобретения заключается в оптимизации использования потока инертного газа и в уменьшении, таким образом,размера оборудования при том же количестве регенерированного катализатора посредством использования нового типа зоны регенерации. Ближайшим аналогом является заявка на патент,опубликованной под номером 2934963 А 1,которая описывает зону горения, содержащую, по меньшей мере, одну зону горения кокса с кольцевым поперечным сечением, указанная зона разделена на радиальные сектора, каждая ступень содержитрадиальных секторов. В цитируемой заявке горением управляют посредством концепции молярной композиции при постоянном содержании кислорода на входе каждого сектора. Это приводит к разбросу количества сжигаемого кокса от одного сектора до другого для одной и той же ступени и, таким образом, к возможному отсутствию однородного качества горения в различных секторах. В настоящем изобретении молярную скорость потока кислорода поддерживают постоянной во всех секторах ступеней, так что количество сгоревшего кокса является одинаковым для всех секторов ступени. Улучшение однородности горения по всем секторам, составляющим ступень,таким образом,обеспечивает улучшение каталитических характеристик, и это необходимо для получения высоких октановых чисел, которые предполагаются, например, в регенерационных установках риформинга. Краткое описание фигур Фиг.1 представляет собой схематический вид поперечного сечения зоны горения в соответствии с настоящим изобретением с более чем 2 секторами на ступень, показывающий контур топливного газа. Фиг.2 представляет собой схематический вид сверху зоны горения по настоящему изобретению,показывающий 4 сектора на ступень. Краткое описание изобретения Настоящее изобретение описывает способ регенерации закоксованного катализатора из зоны реакции, катализатор перемещается в зону регенерации как подвижный слой. Термин подвижный слой означает, что катализатор протекает под действием силы тяжести, газ для регенерации указанного катализатора в зоне регенерации перемещается в направлении, по существу перпендикулярном направлению потока катализатора. Более точно, настоящее изобретение заключается в способе регенерации закоксованного катализатора из зоны реакции, который включает, по меньшей мере, одну зону для горения кокса, осажденного на катализаторе. Способ регенерации по настоящему изобретению может применяться к установкам, известным как регенерационные установки, в которых катализатор,закоксованный в течение реакции, должен регенерироваться непрерывно. Способ регенерации катализатора, как правило, состоит в стадии оксихлорирования, стадии кальцинирования, затем стадии восстановления катализатора. Регенерированный катализатор повторно вводят в зону реакции. Стадии после стадии горения не составляют части настоящего изобретения, которое является полностью совместимым с любым вариантом осуществления указанных последующих стадий. Таким образом,настоящее изобретение относится к стадии горения в зоне регенерации,именуемой далее зоной горения. Зона горения по настоящему изобретению представляет собой двухступенчатую зону, в которой катализатор движется в виде подвижного слоя, то есть протекает под действием силы тяжести, и в которой топливный газ проходит через слой катализатора радиальным образом,предпочтительно, от внешней периферии слоя к его внутренней периферии. Слой катализатора имеет кольцевую форму и разделен на множество радиальных секторов. Для понимания контура движения газа секторы первой ступени горения пронумерованы от 1 до , а секторы второй ступени пронумерованы от 1 до . Секторпервой ступени и секторвторой ступени приблизительно выровнены по вертикали друг с другом, и количество секторов первой ступени равно количеству секторов второй ступени. Секторыи , которые вертикально выровнены друг с другом, обозначаются как соответствующие сектора. Движение газа горения состоит в прохождении через все сектора первой ступени в любом порядке,затем через все сектора второй ступени в любом порядке. Например, в конфигурации, где каждая ступень разделена на 4 сектора, один из возможных контуров движения по настоящему изобретению представляет собой контур 1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4. Другой возможный контур представляет собой контур 1, 2, 3, 4, 4, 3, 2, 1, который обеспечивает то, что топливный газ проходит между двумя ступенями горения. Также можно предусмотреть контур типа 1, 3, 4,2, 2, 4, 3, 1. На самом деле, любой контур,проходящий через сектора первой ступени в любом порядке, затем через сектора второй ступени, также в любом порядке попадает в рамки настоящего изобретения. Другая важная характеристика настоящего изобретения, которая отличает его от предыдущего уровня техники, заключается в том факте, что каждая ступень горения работает при постоянной молярной скорости потока кислорода. Более точно, каждый сектор данной ступени горения принимает топливный газ на его входе таким образом, что молярная скорость потока кислорода всегда является одинаковой. Таким образом, скорость потока выжженного кокса в каждом секторе одной и той же ступени является одинаковой. Однородность градиента температуры в различных секторах одной и той же ступени горения, таким образом, гарантирует качество регенерации катализатора. Поскольку скорость потока топливного газа изменяется от одного сектора до следующего, это означает, что содержание кислорода не является постоянным от одного сектора до следующего на одной и той же ступени. Это остается верным для секторов второй ступени горения. На первой ступени горения количество кислорода,вводимого в каждый сектор,соответствует сгоранию количества кокса в пределах от 50 до 90 от всего кокса,осажденного на катализаторе, предпочтительно, в пределах от 60 до 80, а на второй ступени, 3 количество вводимого кислорода, соответствует сгоранию всего оставшегося кокса. На практике топливный газ вводят во все сектора второй ступени в избытке, этот избыток можно количественно определить с помощью избытка кислорода на выходе из сектора в пределах от 0,1 до 0,5, предпочтительно, в пределах от 0,2 до 0,4 кислорода. Предпочтительно, количество ступеней горения равно двум, а количество секторов на ступень находится в пределах от 2 до 8, предпочтительно, в пределах от 2 до 4. Восполнение охлаждающего газа осуществляют на входе каждого сектора для того, чтобы поддержать температуру на входе в заданных пределах, как правило, от 460 С до 480 С для секторов первой ступени, и от 470 С до 490 С для секторов второй ступени. Этот охлаждающий газ,как правило,представляет собой топливный газ, отобранный с выхода компрессора контура рециклирования, и таким образом, до этого он проходит через ряд обменников и/или печей повторного нагрева,образующих часть традиционного контура для установок типа регенерационного риформинга. Восполнение охлаждающего газа, как правило,осуществляют с помощью специальных линий,которые открываются в линии, которые используют для соединения выхода из одного сектора с входом в соседний сектор. В этой же линии охлаждающий газ смешивают с потоком топливного газа для обеспечения восполнения топлива между различными секторами одной и той же ступени. Топливный газ может, как правило, содержать в пределах 4-21 кислорода. В одном из вариантов осуществления зона горения по настоящему изобретению не содержит больше охлаждения топливного газа посредством восполнения охлаждающего газа, но использует теплообменники, которые могут дополнительно существенно уменьшить общую скорость потока топливного газа, необходимого для регенерации катализатора. В другом варианте способ заключается в упрощении контура для распределения топливного газа посредством адаптирования альтернативной конфигурации между различными секторами. Термин альтернативная конфигурация означает конфигурацию, при которой топливный газ движется снаружи внутрь по данному сектору, а затем движется изнутри наружу по следующему сектору, и так далее. Термин следующий сектор для данного сектора применяют для геометрически соседнего сектора, через который проходит топливный газ. Подробное описание изобретения Настоящее изобретение может быть описано как зона горения для регенерационных установок,например, для регенерационного риформинга или для скелетной изомеризации, в которых катализатор движется в потоке в режиме подвижного слоя (то есть в потоке под действием силы тяжести) от первой ступени до второй ступени, каждая ступень 4 разделена на определенное количество радиальных секторов, и топливный газ движется в контуре,отличающемся тем, что топливный газ проходит последовательно через все сектора первой ступени,а затем последовательно через все сектора второй ступени. В случае установки регенерационного риформинга или любых других способов, делающих необходимой непрерывную регенерацию катализатора, в дополнение к зоне горения, которая осуществляет горение кокса, осажденного на катализаторе, зона регенерации катализатора содержит другие зоны, в которых осуществляют оксихлорирование,кальцинирование и восстановление катализатора. Эти другие зоны не будут описаны в настоящем тексте, поскольку они находятся в конфигурациях, известных из литературы. Фиг.1 представляет собой визуализацию структуры зоны регенерации по настоящему изобретению. Ниже авторы будут описывать контур для катализатора в секторе 4 и контур для топливного газа в секторе 1. Нумерация секторов первой ступени горения представляет собой 1,2,3,4. Нумерация секторов второй ступени,находящихся напротив секторов первой ступени горения, представляет собой 1, 2, 3 и 4. Эти сектора разделены стенками (9) . Сектора, которые выровнены по вертикали относительно друг друга,представляют собой 1 и 1 , 2 и 2, 3 и 3, 4 и 4 их называют соответствующими секторами. Катализатор вводят в верхнюю емкостьчерез ловушку для конденсата (5), и он движется в камеру сектора 4 под действием гравитационного потока, затем он проходит через ловушку для конденсата (5) для введения в нижнюю камерусектора 4. Он покидает сектор 4 через спуск(капельницу) (5). Топливный газ вводят в емкостьчерез периферийную линию, (Е) сообщающуюся с сектором 1, с отражающим (отклоняющим) элементом (6), который заставляет газ двигаться в направлении внешнего кольца этой зоны. Газ проходит радиально через каталитический слойот внешней периферии в направлении внутренней периферии каталитического слоя и находится в пространствекольцевого зазора. Это пространствокольцевого зазора можно использовать для возвращения топливного газа через линию (7) на вход следующего сектора того же пространства кольцевого зазора, то есть сектора 2, который показан на Фиг.2. Термин следующий сектор после данного сектора используют для геометрически соседнего сектора, через который проходит топливный газ, в направлении потока указанного топливного газа. Газовый контур в секторе 2 является таким же,как описано для сектора 1. Из выхода из сектора 2 топливный газ проходит на вход сектора 3, затем из выхода из сектора 3 топливный газ проходит на вход сектора 4. Из выхода из сектора 4 топливный газ поступает на вход сектора 4 , принадлежащего второй ступени горения, расположенной ниже указанного сектора 4. Топливный газ продолжает свой контур во второй ступени горения выход сектора 4 - вход сектора 3 выход сектора 3 - вход сектора 2 выход сектора 2 - вход сектора 1 и выход сектора 1 наружу через линию . Восполняющую смесь охлаждающий газ/топливный газ вводят через линии (8), которые соединены с линиями (7). Топливный газ покидает последний сектор второй ступени горения через выпускную линию. Таким образом, настоящее изобретение может быть определено как способ регенерации закоксованного катализатора, движущегося в режиме подвижного слоя, указанный катализатор коксуется на выходном краю зоны реакции. Способ регенерации по настоящему изобретению включает, по меньшей мере, одну зону для горения кокса, осажденного на катализатор, указанная зона горения имеет форму кольца в поперечном сечении и разделена, по меньшей мере, на две ступени горения, каждая ступень горения разделена на количестворадиальных секторов, которые являются по существу одинаковыми. Катализатор протекает под действием силы тяжести от одного сектора первой ступени горения до сектора, который вертикально выровнен со второй ступенью горения, посредством ловушек для конденсата, и движение газа горения является таким, что газ горения проходит последовательно через все сектора первой ступени горения в любом порядке, а затем через все сектора второй ступени в любом порядке. Молярная скорость потока топливного газа имеет первое значение, одинаковое для всех секторов первой ступени, указанное первое значение делает возможным горение некоторого количества кокса, в пределах от 50 до 90 от всего кокса, осажденного на катализаторе,предпочтительно, в пределах от 60 до 80. Молярная скорость потока топливного газа имеет второе значение,отличающееся от предыдущего значения, одинаковое для всех секторов второй ступени горения, указанное второе значение делает возможным полное сгорание оставшегося кокса с помощью избытка кислорода в топливном газе в пределах от 0,1 до 0,5 кислорода, предпочтительно, в пределах от 0,2 до 0,4 кислорода. Температура на входе всех секторов первой ступени горения, как правило, находится в пределах от 460 С до 490 С, а температура на входе всех секторов второй ступени горения, как правило,находится в пределах от 470 С до 510 С. Количество секторов в каждой ступени горения,как правило, находится в пределах от 2 до 8,предпочтительно, в пределах от 2 до 4. В первом варианте настоящего изобретения количество секторов для каждой ступени горения составляет 4, и нумерация секторов первой ступени представляет собой 1,2,3,4,а секторов,соответствующих второй ступени, - 1,2,3,4 топливный газ следует контуру 1,2,3,4,4,3,2,1. Во втором варианте настоящего изобретения количество секторов для каждой ступени горения равно 2, и нумерация секторов первой ступени представляет собой 1,2,а секторов,соответствующих второй ступени, - 1,2, топливный газ следует по контуру 1,2,2,1. В третьем варианте настоящего изобретения топливный газ проходит через каждый сектор от внешней периферии в направлении внутренней периферии каждого из секторов. В другом варианте топливный газ проходит через каждый сектор от внутренней периферии к внешней периферии каждого из секторов. Наконец, в другом варианте, топливный газ движется от внешней периферии в направлении внутренней периферии по данному сектору и от внутренней периферии в направлении внешней периферии по сектору,соседнему с рассматриваемым сектором. Как правило, топливный газ представляет собой воздух с содержанием кислорода в пределах от 4 до 21. В одном из вариантов настоящего изобретения топливный газ может охлаждаться на входе каждого сектора с помощью набора обменников. Способ регенерации катализатора по настоящему изобретению может применяться ко всем установкам, которые используют катализатор,требующий непрерывной регенерации, и в которых катализатор движется в режиме подвижного слоя. В качестве примеров могут использоваться следующие установки регенерационного риформинга бензинов,скелетной изомеризации,метатезиса,олигокрекинга, дегидрирования. Сравнительный пример Пример ниже сравнивает конфигурацию,известную из литературы, как представлено с помощью опубликованной заявки 2934963 А 1, с конфигурацией по настоящему изобретению. Зона регенерации разделена на 2 ступени, каждая ступень содержит 4 сектора, обозначенные 1,2,3,4 для первой ступени и 1,2,3,4 - для второй ступени. Сравнивают два типа циркуляции топливного газа 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, используя геометрическую конфигурацию, известную из литературы 1, 2, 3, 4, 4, 3, 2, 1 в соответствии с настоящим изобретением. Условия, которые являются общими для двух конфигураций, являются следующими 120 кг/час кокса, который должен выжигаться(то есть 1800 кг/час закоксованного катализатора)2 ступени горения 4 сектора на ступеньсредняя температура на входе для секторов 1-4 первой ступени горения (475 С)средняя температура на входе для секторов 1-4 второй ступени горения (480 С). Согласно литературным данным, скоростями потоков газа управляют посредством постоянного 5 поддержания содержания кислорода на входе в каждую секцию, что вызывает относительно большой разброс в количестве выжженного кокса и,таким образом, в температурах на выходе из секторов данной ступени. В настоящем изобретении скоростями потока топливного газа управляют посредством поддержания постоянной скорости потока кислорода при определенном значении по всем секторам первой ступени, а затем другого значения по всем секторам второй ступени, то естьмолярный поток кислорода, поступающего в сектора 1-4 первой ступени горения, регулируют для выжигания 2/3 коксамолярный поток кислорода, поступающего в сектора 1-4 второй ступени горения, регулируют для выжигания оставшегося кокса, с избытком 30 по отношению к стехиометрическому количеству кислорода. Из Таблицы 1, ниже, видно, что в соответствии с настоящим изобретением, температуры на выходе секторов первой ступени находятся в пределах от 530 С до 521 С, и в пределах от 506 С до 501 С для секторов второй ступени. В литературе, однако,(см. Таблицу 2), разброс температур на выходе каждого сектора является гораздо более выраженным. Также можно увидеть, что в соответствии с настоящим изобретением, процент выжженного кокса является примерно постоянным по всем секторам данной ступени (66,6 в первой ступени и 100 во второй ступени), в то время как, согласно литературным данным, он сильно отличается от одного сектора до другого. Таблица 1 Сектора ступени 1 Степень преобразования коксаСкорость потока (тонна/час)моль О 2 Т на входе (С) Т на выходе (С) Сектора ступени 2 Степень преобразования коксаСкорость потока (тонн/час)моль О 2 Т на входе (С) Т на выходе (С)(литературные данные) Сектора ступени 1 Степень преобразования коксаСкорость потока (тонна/час)моль О 2 Т на входе (С) Т на выходе (С) Сектора ступени 2 Степень преобразования коксаСкорость потока (тонн/час)моль О 2 Т на входе (С) Т на выходе (С) ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ регенерации закоксованного катализатора, движущегося в режиме подвижного слоя, содержащего, по меньшей мере, одну зону для горения кокса, осажденного на катализаторе,указанная зона горения имеет кольцевую форму и разделена на, по меньшей мере, две ступени горения, каждая ступень разделена на множестворадиальных секторов, которые являются по существу одинаковыми, причемнаходится в пределах от 2 до 4, отличающийся тем, что катализатор протекает под действием силы тяжести 6 из одного сектора первой ступени горения в сектор,который вертикально выровнен со второй ступенью горения посредством ловушек для конденсата, и движение горючего газа является по существу перпендикулярным движению этого катализатора, и таким, что горючий газ проходит последовательно через все секторы первой ступени горения в порядке 4, 3, 2, 1, когда число радиальных секторов равно 4, и в порядке 1, 2, а затем в порядке 1, 2, когда число секторов равно 2, причем молярная скорость потока топлива имеет первое значение, одинаковое для всех секторов первой ступени, указанное первое значение делает возможным горение некоторого количества кокса в пределах от 60 до 80 от всего кокса, осажденного на катализаторе, и второе значение, отличающееся от предыдущего значения,для всех секторов второй ступени горения,указанное второе значение делает возможным полное сгорание оставшегося кокса с помощью избытка кислорода в топливном газе в пределах от 0,2 до 0,4, температура на входе для всех секторов первой ступени зоны горения находится в пределах от 460 С до 480 С, и температура на входе для всех секторов второй ступени зоны горения находится в пределах от 470 С до 490 С, причем осуществляют восполнение охлаждающего газа на входе каждого сектора ступени для поддержания температуры на входе в заданных пределах, причем охлаждающий газ представляет собой топливный газ, отобранный с выхода компрессора контура рециклирования, и восполнение охлаждающего газа осуществляют с помощью специальных линий,которые открываются в линии, которые используют для соединения выхода из одного сектора со входом в соседний сектор. 2. Способ регенерации закоксованного катализатора по п.1, в котором топливный газ движется снаружи внутрь по данному сектору зоны горения и изнутри наружу по сектору, соседнему с рассматриваемым сектором. 3. Способ регенерации закоксованного катализатора по любому из п.п.1-2,в котором топливный газ представляет собой воздух с содержанием кислорода в пределах от 4 до 21. 4. Способ регенерации закоксованного катализатора по любому из п.п.1-3, в котором топливный газ охлаждают на входе в каждый сектор зоны горения с использованием обменного устройства. 5. Применение способа регенерации закоксованного катализатора по п.1 к следующим процессам регенерационного риформинга,скелетной изомеризации, метатезиса, олигокрекинга и дегидрирования.