способ окислительной регенерации мелкодисперсного катализатора крекинга

Формула изобретения

Способ окислительной регенераций мелкодисперсного катализатора крекинга последовательно в двух зонах путем контактирования в первой зоне отработанного катализатора с кислородсодержащим газом в полусквозном потоке, контактирования частично регенерированного катализатора из первой зоны с кислородсодержащим газом в кипящем слое второй зоны, отличающийся тем, что поток частично регенерированного катализатора и газа регенерации из первой зоны вводят в кипящий слой второй зоны по периметру окружности, коаксиальной кипящему слою, диаметром 1/6 3/4 диаметра кипящего слоя, перпендикулярно к направлению потока газа регенерации во второй зоне со скоростью 2,5 6,0 м/с на расстоянии 1/6 1/3 высоты кипящего слоя от его поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к способу окислительной регенерации отработанного катализатора в процессе каталитического крекинга нефтяного сырья.

Известен способ регенерации мелкодисперсного катализатора крекинга последовательно в двух зонах с контактированием в первой зоне отработанного катализатора с кислородсодержащим газом в полусквозном потоке, вводом потока частично регенерированного катализатора и газа регенерации из первой зоны в нижнюю часть кипящего слоя второй зоны, контактированием частично регенерированного катализатора с газом регенерации из первой зоны в кипящем слое второй зоны [1]

Проведение регенерации последовательно в двух зонах в полусквозном потоке, отличающимся высокой эффективностью контакта фаз, и затем в кипящем слое, благоприятствующим выжиму глубинного кокса с катализатора, способствует повышению степени регенерации катализатора.

Применение полусквозного потока позволяет снизить время пребывания катализатора в первой зоне, где имеет место преимущественное окисление водорода кокса, что в сочетании с более низкой температурой в этой зоне способствует снижению необратимой дезактивации катализатора в присутствии водяного пара.

Недостатками способа являются недостаточная степень регенерации и повышенная необратимая дезактивация катализатора во второй зоне регенерации вследствие соответственно пониженного содержания кислорода и повышенного содержания водяного пара в газе регенерации из первой зоны, используемом для регенерации катализатора во второй зоне.

Известен способ регенерации мелкодисперсного катализатора крекинга последовательно в двух зонах с контактированием в первой зоне отработанного катализатора с кислородсодержащим газом в полусквозном потоке, отделением частично регенерированного катализатора от газа регенерации первой зоны выше уровня кипящего слоя второй зоны [2]

Отделение газа регенерации первой зоны, имеющего повышенное содержание водяного пара, образующегося при преимущественном окислении водорода кокса в первой зоне, выше уровня кипящего слоя второй зоны, способствует снижению необратимой дезактивации катализатора во второй зоне.

Недостатками способа являются неравномерное распределение по поверхности кипящего слоя частично регенерированного катализатора после отделения на выходе из первой зоны, приводящее к недостатку кислорода и образованию оксида углерода в месте поступления частично регенерированного катализатора и избытку кислорода в других местах поверхности слоя, а также повышенная концентрация частично регенерированного катализатора в отстойной зоне, где горение кокса на поверхности частиц катализатора в условиях пониженной теплоотдачи приводит к их перегреву.

Неуправляемый высокотемпературный дожиг оксида углерода и перегрев частиц в отстойной зоне приводят к необратимой дезактивации катализатора, а локальный недостаток кислорода в месте поступления частично регенерированного катализатора в кипящий слой к снижению степени регенерации катализатора.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации мелкодисперсного катализатора крекинга последовательно в двух зонах с контактированием в первой зоне отработанного катализатора с кислородсодержащим газом в полусквозном потоке, отделением частично регенерированного катализатора от газа регенерации первой зоны выше уровня кипящего слоя второй зоны, контактированием частично регенерированного катализатора из первой зоны с кислородсодержащим газом в кипящем слое второй зоны [3]

Подача свежего кислородсодержащего газа в кипящий слой второй зоны в количестве, необходимом для выжига кокса с частично регенерированного катализатора, поступающего из первой зоны, способствует повышению степени регенерации катализатора.

Недостатками способа является неравномерное распределение по поверхности кипящего слоя второй зоны частично регенерированного катализатора, поступающего из первой зоны, приводящее к недостатку кислорода в месте поступления частично регенерированного катализатора и его избытку в остальной части поверхности кипящего слоя и, следовательно, к снижению степени регенерации и образованию оксида углерода с последующим его дожигом в отстойной зоне, приводящим к дезактивации катализатора, а также перегрев частиц частично регенерированного катализатора, отделяемого на выходе из первой зоны в надслоевом пространстве второй зоны, что приводит к необратимой термической дезактивации катализатора.

Изобретение направлено на повышение степени регенерации и снижение необратимой дезактивации катализатора в процессе окислительной регенерации мелкодисперсного катализатора.

Заявляется способ окислительной регенерации мелкодисперсного катализатора крекинга последовательно в двух зонах путем контактирования в первой зоне отработанного катализатора с кислородсодержащим газом в полусквозном потоке, контактирования частично регенерированного катализатора из первой зоны с кислородсодержащим газом в кипящем слое второй зоне. Согласно изобретению, поток частично регенерированного катализатора и газа регенерации из первой зоны вводят в кипящий слой второй зоны по периметру окружности, коаксиальной кипящему слою, с диаметром, равным 1/6^oC3/4 диаметра кипящего слоя, перпендикулярно направлению потока газа регенерации во второй зоне со скоростью 2,5 6,0 м/с на расстоянии 1/6^oC1/3 высоты кипящего слоя от его поверхности.

Новизна заявляемого способа заключается в том, что частично регенерированный катализатор и газ регенерации из первой зоны вводят в кипящий слой второй зоны по периметру окружности, коаксиальной кипящему слою, с диаметром, равным 1/6^oC3/4 диаметра кипящего слоя, перпендикулярно направлению потока газа регенерации во второй зоне, со скоростью 2,5 6,0 м/с на расстоянии 1/6^oC1/3 высоты кипящего слоя от его поверхности.

Указанные отличия позволяют повысить степень регенерации и снизить необратимую дезактивацию катализатора в процессе его окислительной регенерации за счет равномерного распределения частично регенерированного катализатора из первой зоны в поперечном сечении верхней части кипящего слоя второй зоны на указанном расстоянии от его поверхности.

Сущность способа состоит в следующем.

Окислительную регенерацию осуществляют последовательно в двух зонах.

Применение полусквозного потока в первой зоне способствует повышению эффективности горения кокса благодаря характерному для этого режима снижению диффузионных ограничений и протеканию процесса в режиме, близком к идеальному вытеснению по твердой фазе, что позволяет сократить время пребывания катализатора во влажной атмосфере и снизить термопаровую дезактивацию катализатора. Для реализации режима полусквозного потока процесс в первой зоне проводят при высоких скоростях газа и удельной нагрузке по твердой фазе, обеспечиваемой рециркуляцией катализатора из второй зоны.

На выходе из полусквозного потока первой зоны частично регенерированный катализатор равномерно распределяют в горизонтальном сечении верхней части кипящего слоя второй зоны путем ввода потока из первой зоны по периметру окружности, коаксиальной кипящему слою второй зоны, с диаметром, равным 1/6^oC3/4 диаметра этого слоя, со скоростью 2,5 6,0 м/с. Равномерное распределение способствует эффективному контакту частично регенерированного катализатора с кислородсодержащим газом второй зоны, благодаря чему обеспечивается полное окисление оксида углерода в кипящем слое и снижение остаточного кокса на регенерированном катализаторе.

Ввод частично регенерированного катализатора перпендикулярно направлению потока газа регенерации второй зоны на расстоянии 1/6^oC1/3 высоты кипящего слоя от его поверхности позволяет существенно снизить вынос частично регенерированного катализатора в надслоевое пространство, где при горении кокса на поверхности частиц катализатора в условиях пониженной теплоотдачи происходит их разогрев до температуры на 30-50^oC выше средней температуры в надслоевом пространстве, приводящий к повышенной термической дезактивации катализатора. Отсутствие дожига оксида углерода и внутреннего разогрева частиц в отстойной зоне способствует снижению необратимой дезактивации катализатора.

Время пребывания катализатора и температура верхней части кипящего слоя над вводом потока из первой зоны ниже, чем в остальной части слоя, что позволяет свести здесь к минимуму термопаровую дезактивацию катализатора в присутствии водяного паря в газе регенерации, поступающем из первой зоны. Наличие участка кипящего слоя указанной высоты над вводом потока из первой зоны позволяет использовать для выжига кокса остаточный кислород и окислить остаточный оксид углерода в газе регенерации первой зоны, что способствует соответственно повышению степени регенерации катализатора и снижению дезактивации катализатора в отстойной зоне.

В нижней части кипящего слоя второй зоны регенерация проходит при повышенной температуре и контактировании катализатора со свежим кислородсодержащим газом в противоточных условиях, что способствует достижению низкого кокса на регенерированном катализаторе. Практически сухая атмосфера ввиду низкого содержания водорода в сгорающем коксе исключает термопаровую дезактивацию катализатора в этой части слоя.

Способ окислительной регенерации мелкодисперсного катализатора крекинга представлен на чертеже.

Способ осуществляют следующим образом.

Отработанный мелкодисперсный катализатор крекинга 1 подают из реактора по линии 3 в первую зону регенерации 4, где при температуре 600 730^oC осуществляют контактирование отработанного катализатора с поступающим по линии 3 кислородсодержащим газом 2 в полусквозном потоке 5 в диапазоне скоростей 1,5 3,0 м/с. Поток частично регенерированного катализатора 6 с содержанием кокса 0,20 0,80 мас. и газа регенерации 7 из первой зоны вводят во вторую зону 8 по периметру окружности 9, коаксиальной кипящему слою 10, имеющей диаметр, равный 1/6^oC3/4 диаметра кипящего слоя, перпендикулярно направлению газа регенерации 11 во второй зоне, со скоростью 2,5 6,0 м/с на расстоянии 1/6^oC1/3 высоты от поверхности 12 кипящего слоя. Способ и место ввода потока из первой во вторую зону обеспечивает равномерное распределение частично регенерированного катализатора в поперечном сечении кипящего слоя, что создает благоприятные условия для интенсификации выжига кокса во второй зоне, позволяет снизить образование оксида углерода и вынос частично регенерированого катализатора в надслоевое пространство 13 и снизить в результате этого необратимую дезактивацию катализатора. В верхней части 14 кипящего слоя, над местом ввода потока из первой зоны осуществляют контактирование частично регенерированного катализатора с кислородсодержащим газом регенерации первой и второй зон при температуре 620 740^oС, в нижней части слоя 15 осуществляют его контактирование с кислородсодержащим газом, поступающим по линии 16, при температуре 640 760^oС.

Короткое время пребывания и более низкая температура в верхней части кипящего слоя способствует снижению термопаровой дезактивации в присутствии водяного пара в газах регенерации, образовавшегося при окислении водорода кокса. В нижней части кипящего слоя содержание водяного пара существенно ниже, что позволяет свести к минимуму термопаровую дезактивацию несмотря на большее время пребывания и более высокую температуру.

Регенерированный катализатор отводят из второй зоны по линии 17 и направляют на контактирование с сырьем. Часть регенерированного катализатора второй зоны направляют по линии 18 в полусквозной поток первой зоны регенерации для обеспечения удельной нагрузки по твердой фазе, соответствующей режиму полусквозного потока. Отработанные газы регенерации 19 поступают на доочистку от увлеченного катализатора в циклоны 20 в отстойной зоне 21 и выводятся из регенератора по линии 22.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления известного и предлагаемого способов окислительной регенерации мелкодисперсного катализатора применительно к установке каталитического крекинга производительностью 4650 т/сутки или 1,5 млн.т/год сырья.

Пример 1. Окислительную регенерацию микросферического цеолитсодержащего катализатора, имеющего следующие характеристики: насыпная плотность 0,99 г/см³, кажущaяся плотность 1,5 г/см³, удельная поверхность 75 м²/г; гранулометрический состав, мас. фракция крупнее 200 мкм 0,3; фракция 160 200 мкм 3,3; фракция 100 160 мкм 22,6; фракция 71 100 мкм 45,4; фракция 53 71 мкм 7,1; фракция менее 53 мкм 22,3; средний эквивалентный диаметр частиц 65 мкм, осуществляют путем обработки его воздухом последовательно в двух зонах в присутствии промотора окисления оксида углерода.

Диаметр кипящего слоя второй зоны равен 10 м, высота кипящего слоя 6,5 м.

В первой зоне отработанный катализатор контактирует с кислородсодержащим газом в полусквозном потоке при температуре 695^oС. Катализатор из второй зоны регенерации циркулирует в первую зону в количестве, необходимом для обеспечения указанной температуры и удельной нагрузки по твердой фазе, соответствующей режиму полусквозного потока.

Частично регенерированный катализатор и газ регенерации из первой зоны вводят в кипящий слой второй зоны по периметру окружности, коаксиальной кипящему слою, с диаметром, равным 1/3 диаметра кипящего слоя, перпендикулярно направлению потока газа регенерации во второй зоне, со скоростью 4,0 м/с на расстоянии 1/4 высоты кипящего слоя от его поверхности.

При этом частично регенерированный катализатор распределяется равномерно по сечению кипящего слоя на уровне ввода потока из первой и контактирует на участке выше этого уровня с кислородсодержащими влажными газами регенерации первой и второй зон при температуре 718^oC, а ниже этого уровня с подаваемым в основание кипящего слоя свежим кислородсодержащим газом при температуре 735^oС и минимальном содержании водяного пара в газе.

Вследствие равномерного распределения частично регенерированного катализатора в горизонтальной сечении верхней части кипящего слоя второй зоны на указанном расстоянии от его поверхности повышается эффективность его контактирования с кислородсодержащим газом, благодаря чему содержание оксида углерода в надслоевом пространстве снижается по сравнению с известным способом на 0,15 об. содержание остаточного кокса на регенерированном катализаторе снижается на 0,02 мас. Практически полное окисление оксида углерода в верхней части кипящего слоя приводит к снижению температуры в отстойной зоне по сравнению с известным способом на 10^oC.

Благодаря вводу частично регенерированного катализатора перпендикулярно направлению потока газа регенерации второй зоны на указанном расстоянии от поверхности кипящего слоя за счет снижения уноса частично регенерированного катализатора отношение количества катализатора, уносимого с газами регенерации в отстойную зону, к количеству катализатора, циркулирующего в системе, уменьшается по сравнению с известным способом на 0,3. В результате преобладания в уносимом катализаторе частиц с меньшим содержанием кокса на поверхности температура внутри частиц при горении на них кокса в отстойной зоне на 15^oC выше температуры окружающей среды и соответственно на 35^oС ниже, чем в известном способе. Контактирование уносимого в отстойную зону катализатора с влажными газами регенерации при более низкой температуре окружающей среды и снижение температуры внутри частиц унесенного катализатора способствуют снижению необратимой дезактивации катализатора, в результате чего индекс активности циркулирующего в системе катализатора увеличивается на 2 мас.

Увеличение индекса активности и снижение остаточного кокса на регенерированном катализаторе дает увеличение выхода целевых продуктов крекинга по сравнению с известным способом на 2,3 мас. в том числе бензина на 1,6 мас.

Пример 2. Способ осуществляют в соответствии с примером 1. Поток частично регенерированного катализатора и газа регенерации из первой зоны вводят в кипящий слой второй зоны по периметру окружности, коаксиальной кипящему слою, с диаметром, равным 1/6 диаметра кипящего слоя, перпендикулярно направлению потока газа регенерации во второй зоне, со скоростью 6,0 м/с на расстоянии 1/3 высоты кипящего слоя от его поверхности.

Содержание оксида углерода в надслоевом пространстве второй зоны снижается по сравнению с известным способом на 0,13 об. содержание остаточного кокса на регенерированном катализаторе на 0,015 мас. Снижение дожига оксида углерода приводит к снижению температуры в отстойной зоне регенератора на 5^oC.

Отношение количества катализатора, уносимого с газами регенерации в отстойную зону, к количеству катализатора, циркулирующего в системе, снижается на 0,4 за счет уменьшения уноса частично регенерированного катализатора из первой зоны.

В результате преобладания в уносимом катализаторе частиц с более низким содержанием кокса средняя температура, развивающаяся внутри частиц при его горении в отстойной зоне, на 10^oC выше температуры окружающей среды и на 33^oC ниже, чем в известном способе. Благодаря более низким температуре окружающей среды и температуре внутри частиц катализатора в отстойной зоне индекс активности циркулирующего в системе катализатора повышается на 1,5 мас.

Снижение остаточного кокса и повышение индекса активности катализатора приводит к увеличению выхода целевых продуктов крекинга по сравнению с известным способом на 1,8 мас. в том числе бензина 1,2 мас.

Пример 3. Способ осуществляют в соответствии с примером 1. Поток частично регенерированного катализатора и газа регенерации из первой зоны вводят в кипящий слой второй зоны по периметру окружности, коаксиальной кипящему слою, с диаметром, равным 3/4 диаметра кипящего слоя, перпендикулярно направлению потока газа регенерации во второй зоне, со скоростью 2,5 м/с на расстоянии 1/6 высоты кипящего слоя от его поверхности.

Содержание остаточного кокса на регенерированном катализаторе снижается по сравнению с известным способом на 0,01 мас. Содержание оксида углерода снижается на 0,1 об. что приводит к снижению температуры в отстойной зоне на 5^oC. Отношение количества катализатора, уносимого с газами регенерации в отстойную зону, к количеству катализатора, циркулирующего в системе, снижается на 0,1 за счет уменьшения уноса частично регенерированного катализатора из первой зоны.

В результате преобладания в уносимом катализаторе частиц с более низким содержанием кокса на поверхности средняя температура внутри частиц на 23^oC выше температуры окружающей среды и на 20^oC ниже, чем в известном способе. Благодаря более низким температуре окружающей среды и температуре внутри частиц катализатора в отстойной зоне индекс активности циркулирующего в системе катализатора повышается на 0,5 мас. по сравнению с известным способом.

Снижение остаточного кокса и повышение индекса активности катализатора приводит к увеличению выхода целевых продуктов крекинга по сравнению с известным способом на 1,0 мас. в том числе бензина на 0,5 мас.

Сравнительные показатели процесса окислительной регенерации катализатора крекинга по известному и предлагаемому способам представлены в таблице.

Как следует из представленных в таблице данных при одинаковых условиях эксплуатации по сравнению с известным способом предлагаемый способ окислительной регенерации мелкодисперсного катализатора крекинга последовательно в двух зонах с контактированием в первой зоне отработанного катализатора в полусквозном потоке, вводом потока частично регенерированного катализатора и газа регенерации из первой зоны в кипящей слой второй зоны по периметру окружности, коаксиальной кипящему слою, с диаметром, равным 1/3^oC3/4 диаметра кипящего слоя, перпендикулярно направлению потока газа регенерации во второй зоне, со скоростью 2,5 6,0 м/с на расстоянии 1/6^oC1/3 высоты кипящего слоя от его поверхности позволяет повысить степень регенерации катализатора, в результате чего остаточный кокс на регенерированном катализаторе снижается на 0,01 0,02 мас. и снизить его необратимую дезактивацию при регенерации, в результате чего индекс активности катализатора в системе повышается на 0,5 2,0 мас. что в совокупности приводит к повышению выхода целевых продуктов крекинга на 1,0 2,3 мас. в том числе бензина на 0,5 1,6 мас.