способ и устройство для регенерации закоксованного катализатора

Формула изобретения

1. Способ регенерации закоксованного катализатора, включающий выжигание кокса при контактировании катализатора с циркулирующим кислородсодержащим газом, нагреваемым перед зоной регенерации и охлаждаемым после зоны регенерации с частичной передачей тепла от охлаждаемого к нагреваемому газу, причем циркулирующий газ подпитывают кислородом, а избыток газа отводят из контура циркуляции, отличающийся тем, что выжигание ведут непосредственно в каталитическом реакторе, контроль за ходом процесса осуществляют по величине температуры и движению температурного фронта в слое катализатора, причем температуру поддерживают не выше 615^oC,меняя приток подпитывающего газа, передачу тепла от охлаждаемого к нагреваемому газу начинают по достижении температурным фронтом средней части слоя катализатора, а перед завершением процесса выжигания кокса перекрывают поток кислородсодержащего газа и подают в каталитический реактор углеводородный поток.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение кислородсодержащего газа после зоны регенерации ведут атмосферным воздухом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подпитку циркулирующего газа ведут кислородом воздуха.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что объемное соотношение потоков подпитывающего и циркулирующего газов составляет от 1 : 5 до 1 : 20.

5. Устройство для регенерации закоксованного катализатора, включающее нагнетатель кислородсодержащего газа, нагреватель, реактор в катализатором и охлаждающий теплообменник, соединенные трубопроводами в контур, а также патрубки подпитки кислорода и отвода избыточного газа, отличающееся тем, что охлаждающий теплообменник соединен с нагревателем трубопроводом, имеющим трехходовый вентиль, а реактор с катализатором снабжен рядом датчиков температуры, которые соединены управляющими связями с трехходовым вентилем и регулировочным вентилем на патрубке подпитки кислорода.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области нефтепереработки и, в частности к регенерации потерявших активность катализаторов процессов конверсии углеводородов.

Известно, что в процессах каталитической конверсии углеводородов, например риформинга, на поверхности катализаторов образуются отложения кокса, приводящие сначала к снижению активности, а затем и к полной дезактивации катализатора. Частичное или полное восстановление активности закоксованного катализатора периодически осуществляют выжиганием кокса при пропускании через катализатор кислородсодержащего газа.

Известен способ регенерации закоксованных цеолитов путем контактирования их с нагретым воздухом, причем в процессе выжигания кокса температуру подаваемого воздуха поднимают ступенчато, не допуская повышения температуры во фронте горения выше 475^oC (авт. св. SU N 1611859, C 01 B 33/34, 1990). Недостатком способа является его продолжительность (20-25 ч), а также необходимость периодического извлечения катализатора из каталитического реактора с последующей его загрузкой после регенерации и потерями времени на достижение рабочих параметров процесса переработки углеводородов.

Известен способ регенерации закоксованного катализатора, при котором катализатор непрерывно или периодически транспортируется из зоны реакции в зону регенерации и обратно (патент RU N 2058191, B 01 J 38/14, 1996). Способ требует большого количества вспомогательной аппаратуры, не используемой в основном процессе каталитической конверсии.

Известен способ регенерации закоксованных катализаторов, представляющих собой цеолиты, покрытые платиной (патент US N 5393717, B 01 J 29/38, 1995). Способ позволяет восстановить активность катализатора при неполном выжигании образовавшихся коксовых отложений в газовом потоке с содержанием кислорода около 1% при температуре около 400^oC. При этом сокращается продолжительность регенерации, но снижается и продолжительность активной работы катализатора между циклами регенерации.

Наиболее близкими известными аналогами являются способ и устройство для регенерации закоксованных катализаторов (патент US N 5306682, B 01 J 29/38, 1994). Способ предусматривает выжигание кокса при 400-600^oC в потоке кислородсодержащего газа. Газовый поток контактирует с катализаторами в режиме циркуляции с частичным отводом продуктов сгорания и с раздельной подпиткой кислородом и азотом. Перед зоной регенерации газ нагревают, а после выхода из зоны регенерации охлаждают, в том числе за счет перекрестного теплообмена. Регенерация катализатора при 520 - 570^oC, содержании в газовом потоке около 8% кислорода и объемной скорости потока порядка 500/ч продолжается более 20 ч. Кроме того, и в этом случае катализатор после регенерации вновь должен разогреваться в реакторе до выхода на рабочую температуру процесса конверсии углеводородов.

Изобретение позволяет упростить процесс регенерации и сократить время пребывания катализатора в нерабочем состоянии, что достигается, в частности, за счет выжигания кокса непосредственно в каталитическом реакторе. Устройство для регенерации закоксованного катализатора включает оборудование, которое может входить в состав установки для конверсии углеводородов или может быть смонтировано как отдельная установка.

Способ регенерации закоксованного катализатора предусматривает выжигание кокса при контактировании его с циркулирующим кислородсодержащим газом, который нагревают перед зоной регенерации и охлаждают после зоны регенерации с частичной передачей тепла от охлаждаемого к нагреваемому газу. Горячий газовый поток, выходящий из зоны регенерации, содержит продукты сгорания кокса и практически не содержит кислорода. После охлаждения этот поток подпитывают воздухом, а избыток газа отводят из контура циркуляции.

Устройство содержит нагнетатель кислородсодержащего газа (компрессор), нагревающий теплообменник, реактор с катализатором и охлаждающий теплообменник, соединенные трубопроводами в контур. Между охлаждающим теплообменником и компрессором находится патрубок подпитки воздухом, снабженный регулировочным вентилем. Между компрессором и нагревающим теплообменником предусмотрен патрубок с предохранительным клапаном для отвода избыточного газа. Охлаждающий теплообменник соединен с нагревающим теплообменником трубопроводом, имеющим трехходовый вентиль, а реактор с катализатором снабжен рядом датчиков температуры, которые соединены управляющими связями с трехходовым вентилем и регулировочным вентилем на патрубке подпитки контура воздухом.

Контроль за выжиганием кокса осуществляют по величине температуры и движению температурного фронта в слое катализатора. При этом температуру поддерживают не выше 615^oC, меняя приток подпитывающего воздуха. Передачу тепла от охлаждаемого к нагреваемому газу начинают при достижении температурным фронтом средней части слоя катализатора. В конце процесса выжигания, когда температура катализатора приблизительно равна рабочей температуре процесса каталитического риформинга, кислородсодержащий поток перекрывают и вытесняют углеводородным потоком, то есть, не прерывая работу установки, возвращаются к процессу конверсии углеводородов.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства для регенерации закоксованного катализатора. Позицией 1 на чертеже обозначен компрессор; позицией 2 - нагревающий теплообменник; 3 - каталитический реактор; 4 - охлаждающий теплообменник, соединенные в один контур трубопроводом 5. Патрубок 6, снабженный регулировочным вентилем 7 служит для подпитки контура воздухом. Патрубок 8 с предохранительным клапаном 9, расположенный между компрессором 1 и нагревающим теплообменником 2, предусмотрен для отвода избыточного газа. Охлаждающий теплообменник 4 и нагревающий теплообменник 2 соединены трубопроводом 10, имеющим трехходовый вентиль 11. Трубопровод 12 позволяет отводить нагретый теплоноситель, в качестве которого чаще всего служит атмосферный воздух, прокачиваемый вентилятором 13 через охлаждающий теплообменник 4. При подаче нагретого теплоносителя в теплообменник 2, его последующий отвод производится по трубопроводу 14. Датчики 15 температуры служат для контроля за ходом процесса.

Устройство работает следующим образом.

При снижении активности катализатора конверсии углеводородов ниже допустимого уровня, одновременно прекращают подачу углеводородов и, открыв регулировочный вентиль 7 на патрубке 8, компрессором 1 подают в контур воздух. Смешанный с оставшимися углеводородами воздух проходит через неработающий на начальном этапе регенерации теплообменник 2 и поступает в реактор 3 с закоксованным катализатором, разогретым до рабочей температуры процесса конверсии. В реакторе быстро выгорают оставшиеся углеводороды и начинается процесс постепенного выгорания кокса. Для более эффективной работы компрессора 1 горячие газообразные продукты сгорания, выходящие из реактора 3 охлаждают в теплообменнике 4. Охлаждение осуществляют атмосферным воздухом, прокачиваемым через теплообменник 4 в трубопровод 10 с помощью вентилятора 13. На начальном этапе регенерации трехходовый вентиль 11 на трубопроводе 10 пропускает поток нагревшегося воздуха в трубопровод 12. После теплообменника 4 охлажденный газовый поток подпитывается кислородом за счет воздуха, поступающего из патрубка 6. Регулировочный вентиль 7 поддерживает объемное соотношение подпитывающего и циркулирующего потоков в пределах от 1:5 до 1:20. Избыточное давление в контуре снимается с помощью предохранительного клапана 9, срабатывающего при достижении определенной величины давления в трубопроводе 5.

Выгорание кокса в реакторе 3 происходит постепенно со стороны подаваемого кислородсодержащего газа. Температуру и движение фронта горения по слою катализатора контролируют с помощью системы датчиков 15 температуры (например, ряда термопар). Для предотвращения спекания катализатора температура выжигания кокса не должна превышать 615^oC. При подъеме температуры в реакторе до значений, близких к указанному, система автоматики (на чертеже не показана) уменьшает количество подаваемого в контур воздуха с помощью регулировочного вентиля 7. При заметном снижении температуры горения подачу воздуха увеличивают. По мере перемещения фронта горения в среднюю часть реактора, слои катализатора, в которых кокс уже выгорел, начинают постепенно остывать. При этом система автоматики изменяет положение трехходового вентиля 11 и воздух, нагретый в теплообменнике 4 по трубопроводу 10 поступает в нагревающий теплообменник 2, где тепло передается кислородсодержащему газовому потоку, направляемому в реактор 3. Нагретый кислородсодержащий газ не позволяет чрезмерно остыть тем слоям катализатора, в которых выжигание кокса уже закончилось.

При завершении процесса, когда фронт горения кокса находится в конце слоя катализатора и в продуктах горения обнаруживается присутствие непрореагировавшего кислорода, кислородсодержащий поток перекрывают и вытесняют углеводородным потоком. При этом температура регенерированного катализатора остается в пределах, необходимых для протекания процесса каталитического риформинга. Таким образом, работа установки без перерыва, переходит из режима регенерации катализатора к процессу конверсии углеводородов.

В проведенном эксперименте продолжительность процесса регенерации слоя закоксованного катализатора высотой 2,2 м при содержании кислорода в газовом потоке 4,5 - 5,5%, объемной скорости потока около 1000/ч и температуре горения кокса 595 - 615^oC составила 15 ч.