аппарат для проведения каталитических реакций в псевдоожиженном слое

Формула изобретения

1. Аппарат для проведения каталитических реакций в псевдосжиженном слое катализатора, содержащий реактор в виде вертикального цилиндрического корпуса с расширительной камерой в верхней части, внутри которого расположен регенератор в виде вертикального цилиндрического корпуса с расширительной камерой в верхней части, патрубки ввода сырья на реакцию и воздуха для регенерации, вывода продуктов реакции и регенерации с сепараторами отделения газов от частиц катализатора, отличающийся тем, что корпус регенератора полностью расположен внутри зоны кипящего слоя катализатора в реакторе и дополнительно содержит транспортный патрубок для перемещения катализатора из реактора в регенератор, нижняя часть расширительной камеры регенератора выполнена с отверстиями для перемещения катализатора из регенератора в реактор, в зоне кипящего слоя реактора расположен распределитель для подачи воздуха или кислородсодержащего газа, а сепараторы для отделения катализатора от продуктов реакции и регенерации выполнены в виде пористых фильтров.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что транспортный патрубок для перемещения катализатора из реактора в регенератор выполнен с возможностью регулирования расхода перемещающегося по нему катализатора.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что транспортный патрубок для перемещения катализатора из реактора в регенератор имеет воронку в верхней части и коническое сужение в нижней части, в указанный патрубок коаксиально и с зазором установлена трубка для подачи воздуха в коническое сужение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для проведения двухстадийного процесса в одном аппарате в псевдоожиженном слое катализатора и может найти применение в процессах каталитического превращения углеводородов в компоненты высокооктанового бензина.

Известен аппарат для газификации угля, включающий корпус, в который коаксиально помещена вытяжная труба с открытым внизу концом, имеющая сверху колпак со стаканом. Аппарат снабжен патрубками для раздельной подачи водяного пара, отвода продуктов реакции и регенерации. Уголь движется за счет потока подаваемого водяного пара вверх внутри вытяжной реакционной трубы в псевдоожиженном слое, где происходит химическая реакция, и вниз в псевдоожиженном слое в кольцевом пространстве снаружи вытяжной трубы, где происходит регенерация угля [1].

Основным недостатком этого аппарата является необходимость строгого поддержания баланса давления внутри и снаружи реакционной трубы, для того чтобы избежать прохождения водяного пара в кольцевое регенерационное пространство и воздуха в вытяжную реакционную трубу.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому эффекту является аппарат для конверсии жидких реакционных потоков, например, нефтяного газойля в более легкие фракции в присутствии тонкоизмельченных частиц, поддерживаемых в суспензии. Аппарат состоит из корпуса, в котором коаксиально помещена открытая сверху и снизу труба. Пространство внутри трубы образует реакционную зону, кольцевое пространство снаружи трубы является регенерационной зоной. В верхней части корпуса расположена сепарационная камера с встроенными циклонами, отделенная от корпуса перегородками, образующими U-образный проход из сепарационной камеры в регенератор. К нижней части корпуса присоединена отводная труба. Имеются патрубки для ввода сырья и газа на регенерацию и отвода продуктов реакции и регенерации. Поток твердых частиц из сепарационной камеры ссыпается в регенератор и далее в отводную трубу, откуда транспортируется потоком сырья и поступает в реактор. Продукты реакции и унесенный катализатор попадают в сепарационную камеру, где происходит разделение газовой и твердой фаз [2].

Основным недостатком этого аппарата является то, что эффективный теплообмен в системе реактор-регенератор осуществляется на небольшой части поверхности реактора в плотном слое катализатора и вследствие ограниченного подвода тепла требуется высокая скорость циркуляции катализатора в системе реактор-регенератор.

При каталитической конверсии углеводородов на катализаторах из высококремнеземных цеолитов процесс протекает с большим эндотермическим эффектом, величина которого зависит от вида перерабатываемого сырья. Поэтому целесообразно подвод необходимого количества тепла организовать не только за счет теплообмена через стенку, но за счет подачи воздуха через кольцевой распределитель в реактор. Путем регулирования скорости циркуляции катализатора и подачи воздуха в регенератор обеспечивается равновесная активность катализатора.

Техническим результатом, который может быть получен, является увеличение выхода ароматических углеводородов в целевом жидком продукте за счет регулирования скорости циркуляции катализатора в системе реактор-регенератор.

Указанный результат достигается тем, что заявленный аппарат, содержащий реактор в виде вертикального цилиндрического корпуса с расширительной камерой в верхней части, внутри которого расположен регенератор в виде вертикального цилиндрического корпуса с расширительной камерой в верхней части, патрубки ввода сырья на реакцию и воздуха для регенерации, вывода продуктов реакции и регенерации, дополнительно содержит транспортный патрубок, расположенный внутри регенератора по его оси, для перемещения катализатора из реактора в регенератор, а перемещение катализатора из регенератора в реактор происходит через отверстия в нижней части расширительной камеры регенератора. Транспортный патрубок для перемещения катализатора из реактора в регенератор выполнен с возможностью регулирования расхода катализатора через него, например транспортный патрубок имеет воронку в верхней части и коническое сужение в нижней части, в которую коаксиально и с зазором установлена трубка для подачи воздуха в коническое сужение. Площадь поперечного сечения конического сужения составляет 10-20% от площади поперечного сечения транспортного патрубка, а зазор между внутренней поверхностью транспортного патрубка и наружной поверхностью трубки для подачи воздуха составляет 15 мм. При такой конструкции аппарата при подаче воздуха в коническое сужение происходит эжектирование, и катализатор транспортируется в регенератор через воронку транспортного патрубка из кипящего слоя в реакторе. Ряд отверстий для перемещения катализатора из регенератора в реактор расположены по периметру нижней части расширительной камеры регенератора. Количество циркулирующего катализатора и скорость циркуляции катализатора при постоянной площади конического сужения зависят от расхода воздуха в трубке для подачи воздуха.

В предлагаемой конструкции аппарата необходимое для проведения реакции количество тепла подводится с потоком сырья и за счет теплообмена через стенку регенератора и подачи воздуха в зону реакции через кольцевой распределитель.

Для улавливания унесенного газообразными продуктами катализатора в расширительных камерах реактора и регенератора установлены пористые фильтры.

Таким образом, транспортный патрубок внутри регенератора с устройством для регулирования скорости циркуляции катализатора, распределитель воздуха для дополнительного подвода тепла в реактор и пористые фильтры отличают предложенную конструкцию аппарата от прототипа, позволяют увеличить содержание ароматических углеводородов в целевом жидком продукте и проводить каталитический процесс превращения углеводородов в компоненты моторных топлив при максимальной активности катализатора

На чертеже изображена конструктивная схема аппарата, который состоит из реактора 1 с расширительной камерой 2, регенератора 3 с расширительной камерой 4, распределительных решеток 5 и 6, транспортного патрубка 7 из реактора в регенератор с воронкой 8 вверху и коническим сужением 9 внизу, трубки 10 для подачи воздуха в коническое сужение, отверстий 11 для вывода регенерированного катализатора из регенератора в реактор, кольцевого распределителя 12 для подачи воздуха в реактор, пористых фильтров 13, 14, патрубков 15, 16, 17, 18, 19 для ввода сырья, воздуха на создание кипящего слоя в регенераторе, воздуха в коническое сужение, воздуха в кольцевой распределитель, патрубков 20 и 21 отвода продуктов реакции и дымовых газов регенерации.

Аппарат работает следующим образом.

Сырье [1] - разогретые до температуры реакции пары углеводородов подаются через патрубок 15 под решетку 5, их поток псевдоожижает слой катализатора, в котором и происходит реакция каталитической конверсии углеводородов. Под решетку 6 через патрубки 16, 17 подают воздух [II], который псевдоожижает слой катализатора в регенераторе 3 и кислород которого окисляет кокс на катализаторе. Через патрубок 18 по трубе 10 подают определенное количество воздуха [III] , при этом часть катализатора поступает из псевдоожиженного слоя реактора 1 через воронку 8 в транспортный патрубок 7, выходит через коническое сужение 9, поднимается наверх между наружной поверхностью патрубка 7 и внутренней поверхностью регенератора 3 и выбрасывается через отверстия 11 в реакторе, где смешивается с основной массой катализатора.

Через патрубок 19 и распределитель 12 подают воздух [IV] для поддержания требуемой температуры в реакторе 1. Продукты реакции [V] из реактора 1 выводят из расширительной камеры 2 через фильтр 14 и патрубок 20 на разделение ( на схеме не показано). Продукты сгорания [VI] из расширительной камеры 4 регенератора 3 через фильтр 13 и патрубок 21 сбрасывают в линию дымовых газов (на схеме не показано).

По сравнению с конструкцией прототипа в предлагаемой конструкции аппарата обеспечиваются высокая равновесная активность катализатора за счет установления оптимальной скорости его циркуляции, увеличение на 15-20 отн.% содержания ароматических углеводородов в полученном продукте и полное использование тепла регенерации при меньших капитальных затратах.