Pierwszenstwo: 04.10.1971 Stany Zjednoczone Ameryki Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 31.08.1976 81993 MKP BOIj 9/20 Twórcy wynalazku: Jeff Anderson Rorex, Harry Methvin Van Tassell Uprawniany z patentu: Universal Oil Products Company, Des Plaines (Stany Zjednoczone Ameryki) Urzadzenie fluidalne da procesów kontaktowych Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie fluidal¬ ne do procesów kontaktowych. Urzadzenie nadaje sie do eksploatacji we wszystkich procesach flui¬ dalnych, w których wymagany jest kontakt plynu z cialem stalym, a zwlaszcza w procesach dehydro- genacji i krakingu katalitycznego.Znane urzadzenia fluidalne stosowane szczególnie do krakingu katalitycznego, posiadaja dosc dluga rure reakcyjna wprowadzona do jego wnetrza. Ru¬ ra jest wprowadzona przez dno a jej wylot znaj¬ duje sie wewnatrz urzadzenia w warstwie fluidal¬ nej. Wnetrze rury stanowi dodatkowa strefe rea¬ kcyjna. Plyn, który uprzednio byl w kontakcie z materialem ziarnistym w warstwie fluidalnej, moze we wnetrzu rury nadal kontaktowac sie z ziarnami materialu ulegajac dalszej konwersji.Urzadzenie to jest stosowane do takich reakcji, w których konieczna jest calkowita konwersja, a uzyskanie jej uwarunkowane jest zapewnieniem wzglednie dlugiego czasu kontaktu surowców z ziarnistym katalizatorem.W procesach krakingu katalitycznego wymagany jest jednak okreslany i wzglednie krótki czas kon¬ taktu oleju z katalizatorem. W przypadku zbyt dlugiego czasu kontaktu nastepuje degradacja skladników produktu, spowodowana przenoszeniem wodoru na ziarnach katalizatora. Wodór znajduje sie w weglu osadzonym na ziarnach katalizatora i jest przylaczony przez reagenty. Zwlaszcza przy wytwarzaniu wysoko oktanowych produktów jak na przyklad olefin jesli czas kontaktu jest dluzszy niz 5—10 sekund, nastepuje przylaczenie wodoru pochodzacego z wegla osadzonego na katalizato¬ rze. Powoduje to zmniejszenie zdolnosci olefin do 5 tworzenia alkilanów gazoliny, chyba, ze parafiny, do których sa uwodornione daja sie alkilowac tak jak np. izobutan.Wada znanego urzadzenia jest brak mozliwosci uzyskania okreslonego i wzglednie krótkiego czasu io kontaktu plynu z materialem ziarnistym. Równiez wada jest obnizona wydajnosc procesu przeprowa¬ dzanego w urzadzeniu, spowodowana stratami te] czesci plynu, zwlaszcza jesli stanowia go weglo¬ wodory, która zostanie zaadsorbowana na powie- 15 rzchni materialu ziarnistego i wraz z nim odpro¬ wadzana z urzadzenia.Celem wynalazku jest skonstruowanie urzadze¬ nia fluidalnego do procesów kontaktowych pozba¬ wionego wyzej wymienionych wad. Zagadnienie 20 techniczne, które nalezy w tym celu rozwiazac po¬ lega na znalezieniu takiej konstrukcji urzadzenia fluidalnego która zapewnialaby kontaktownie ply¬ nu z materialem ziarnistym w okreslonym i wzgled¬ nie krótkim czasie, sprawne rozdzielanie tych 25 dwóch faz oraz oddzielanie od materialu ziarni¬ stego reagentów zaadsorbowanych na jego powie¬ rzchni. Nalezy takze zapewnic dolaczenie zdesor- bowanych reagentów do glównego strumienia pro¬ duktów po uprzednim ewentualnym przeprowadze- 30 niu ich przez warstwe materialu ziarnistego znaj- 8199381 3 dujaca sie wewnatrz urzadzenia. Dodatkowym za¬ gadnieniem do rozwiazania jest takie wzajemne zestawienie elementów konstrukcyjnych spelniaja¬ cych wyzej wymienione funkcje aby wszystkie zo¬ staly zainstalowane wewnatrz jednego aparatu.Urzadzenie wedlug wynalazku jest tak skonstru¬ owane, ze aparat fluidalny bedacy jego zasadni¬ czym elementem jest przystosowany do fluidyzacji tylko w najnizszej jego czesci, która stanowi ko¬ lumne przemywajaco — desorpcyjna. Pionowa rura ma wlot na dole a wylot przy górnym jej zakon¬ czeniu. Wylot z rury znajduje sie powyzej warstwy zloza fluidalnego, przy czym pionowa rura jest rura reakcyjna, prz.ez która przeplywa strumien plynu i materialu ziarnistego plynacy do aparatu.Dolna czesc rury stanowi plaszcz wewnetrzny ko¬ lumny przemywajaco — desorpcyjnej, do której z góry osypuje sie material ziarnisty. Kolumna zajmuje pierscieniowa przestrzen pomiedzy we¬ wnetrzna sciana obudowy a zewnetrzna powierzch¬ nia rury. U wlótu do rury reakcyjnej znajduja sie doprowadzenia dla materialu ziarnistego oraz dla plynu, który na zasadzie transportu fluidalnego przenosi material ziarnisty do aparatu. Urzadzenie jest ponadto wyposazone w odprowadzenie plynu z aparatu znajdujacego sie w górnej jego czesci oraz odprowadzenie materialu ziarnistego z apa¬ ratu znajdujace sie w dolnej czesci kolumny i po¬ siada doprowadzenie do kolumny plynu przemy¬ wajacego material ziarnisty.Istota konstrukcji urzadzenia wedlug wynalazku jest takie wprowadzenie rury reakcyjnej od dolu do aparatu fluidalnego, zeby jej wylot siegal do górnej czesci wnetrza aparatu powyzej warstwy zloza materialu ziarnistego, znajdujacego sie w apa¬ racie. Jest oczywiste, ze element nazwany rura rea¬ kcyjna moze miec inny dowolny przekrój nie ko¬ lowy. Dolna, najnizsza czesc aparatu stanowi cze¬ sciowo stozkowa kolumna przemywajaco — de¬ sorpcyjna, zajmujaca przestrzen pierscieniowostoz¬ kowa pomiedzy wewnetrzna sciana obudowy apa¬ ratu a zewnetrzna powierzchnia rury reakcyjnej.W ten sposób dolna, o mniejszej srednicy, czesc obudowy reaktora stanowi cylindryczno-stozkowy zewnetrzny plaszcz kolumny przemywajaco-desorp- cyjnej, a czesc rury reakcyjnej znajdujaca sie na tej wysokosci obudowy tworzy plaszcz wewnetrz¬ ny pierscieniowej kolumny. Najnizsza, zwezajaca sie stozkowo czesc obudowy tworzy stozkowe dno kolumny, która w miejscu o najmniejszej srednicy szczelnie obejmuje rure reakcyjna.Proces w fazie fluidalnej przebiega w rurze rea¬ kcyjnej. Po opuszczeniu rury reakcyjnej, plyn od¬ dziela sie od warstwy materialu ziarnistego. W ko¬ lumnie, w kierunku z góry na dól przeplywa ma¬ terial ziarnisty, który uprzednio opuscil rure reak¬ cyjna. W przeciwpradzie do materialu ziarnistego przeplywa strumien czynnika przemywajacego, któ¬ ry przemywa material ziarnisty oczyszczajac go od plynu zaadsorbowanego na jego powierzchni, na przyklad od resztek weglowodorów. Weglowodory oddzielone od ziarnistego katalizatora nie opusz¬ czaja wiec aparatu. Czynnikiem przemywajacym moze byc na przyklad powietrze, azot lub lekki 993 4 weglowodór, taki jak metan, etan, propan, butan lub ich mieszanina.Zaleta urzadzenia wedlug wynalazku wynikajaca z jego budowy jest mozliwosc uzyskania okreslo- 5 nego i wzglednie krótkiego czasu kontaktu plynu z materialem ziarnistym wynikajaca z tego, ze pro¬ ces przebiega praktycznie tylko w rurze reakcyjnej.Wydajnosc procesów przeprowadzanych w urzadze¬ niu jest wieksza dzieki wyeliminowaniu strat ply- io nu. Plyn adsorbowany przez material ziarnisty, byl dotychczas odprowadzany z urzadzenia wraz z ma¬ terialem ziarnistym. W urzadzeniu wedlug wyna¬ lazku, desorbuje w kolumnie i wraca z powrotem do górnej czesci aparatu. Poza tym wszystkie za- 15 sadnicze elementy urzadzenia znajduja sie wewnatrz jednego aparatu.Urzadzenie fluidalne do procesów kontaktowych wedlug wynalazku mozna stosowac we wszystkich procesach fluidalnych. Aby jednak uzyskac wszyst- 20 kie korzysci jakie zapewnia budowa urzadzenia wskazane jest stosowac je w tych procesach, które wymagaja wzglednie niskiego czasu kontaktu plyn — cialo stale oraz w których pozadane jest prze¬ mywanie materialu ziarnistego. Najwieksze efekty M uzyskuje sie wykorzystujac urzadzenie do proce¬ sów dehydrogenacji i krakingu katalitycznego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku. Zasadniczymi ele¬ mentami urzadzenia sa aparat fluidalny 1, rura re- 30 akcyjna 2, której górna czesc znajduje sie we¬ wnatrz aparatu oraz kolumna przemywajaco — de¬ sorpcyjna 17 zajmujaca dolna, pierscieniowo-stoz- kowa czesc aparatu, pomiedzy dolna czescia 3 obu¬ dowy aparatu, a rura reakcyjna 2. Górna czesc obu- 35 dowy aparatu ma wieksza srednice i jest polaczo¬ na z dolna czescia 3, o mniejszej srednicy, stozko¬ wym przewezeniem 20. Dolna czesc zweza sie stoz¬ kowo ku dolowi obejmujac w najnizszej czesci 23 rure reaktora 2. Dolna czesc obudowy 3 stanowi 40 zewnetrzny plaszcz kolumny 17. Wlot 22 do rury reakcyjnej 2 znajduje sie w najnizszej jej czesci, a wylot 21 przy jej górnym zakonczeniu, które jest usytuowane w górnej czesci aparatu fluidalnego ponad warstwa materialu ziarnistego 18. Takieusy- 45 tuowanie jest konieczne dla uzyskania okreslonego i wzglednie krótkiego czasu kontaktu plynu z ma¬ terialem ziarnistym, który dzieki temu jest ogra¬ niczony praktycznie do czasu przeplywu przez rure reakcyjna 2. U wlotu 22 do rury reakcyjnej 2 so znajduje sie przewód 4, którym doprowadza sie plyn i przewód 5 do doprowadzania materialu ziar¬ nistego, na przyklad zregenerowanego katalizatora ze zbiornika nie przedstawionego na rysunku. Wy¬ lot 21 rury reakcyjnej jest polaczony z separato- 55 rem 20 plyn-cialo stale w typu cyklonu. Material ziarnisty opada przedluzona rura zsypowa 15, przez która jest odprowadzony do warstwy zloza 18. Plyn odplywa przewodem kolankowym 12, a nastepnie opuszcza aparat, bezposrednio przewodem 8 lub po- 60 przez separator 9, który mozna zainstalowac na wlocie do przewodu 8 w celu zabezpieczenia przed porywaniem do przewodu materialu ziarnistego. Se¬ parator 9 oddziela od plynu material ziarnisty por¬ wany z warstwy zloza 18 lub nie oddzielony przez 65 separator 10, zabezpieczajac przewód odprowadza-V 5 jacy 8 przed ewentualnym zatkaniem. Wlot do separatora 9 jest oznaczony 11. Wylot plynu 18 jest polaczony z wlotem do przewodu odprowadza¬ jacego 8, którym plyn opuszcza reaktor. Material ziarnisty oddzielony w separatorze 9 opada prze- 5 dluzona rura zsypowa 14 do warstwy zloza.Wskazane jest aby obudowa aparatu byla ksztal¬ tu wzglednie wydluzonego cylindra o srednicy wiekszej od srednicy rury reakcyjnej. Zapewnia to przestrzen pierscieniowo-stozkowa, pomiedzy we- !• wnetrzna sciana obudowy 3, a rura reakcyjna Z dla pomieszczenia pólek 16 kolumny przemywaja- co-desorpcyjnej 17. Lepiej jest usytuowac kolumne 17 w dolnej czesci aparatu, która ma mniejsza srednice, a wiec i mniejsze pole przekroju po- 15 przecznego, niz w górnej czesci aparatu o wiek¬ szym przekroju. Dzieki temu wieksza jest pred¬ kosc przeplywu strumienia czynnika przemywajace¬ go przez kolumne 17 niz przez górna czesc reakto¬ ra. Dzieki temu przeplyw przez kolumne jest bar- 20 dziej burzliwy. W kolumnie 17 instaluje sie pólki sitowe 16 lub innego typu pólki przegrodowe albo inne urzadzenia za pomoca których uzyskuje sie dokladne wymieszanie. Przewodem 7 doprowadza sie do kolumny strumien przemywajacy a wylotem 25 6 odprowadza oczyszczony od plynu material ziar¬ nisty na zewnatrz reaktora. Dla polepszenia kon¬ taktu czynnika przemywajacego z materialem ziar¬ nistym, zamiast przewodu 7 stosuje sie szereg przewodów o mniejszej srednicy, których wyloty mo- 30 zna ewentualnie zaopatrzyc w przegrody sitowe.Zamiast przewodu 6 mozna równiez zastosowac szereg przewodów rozmieszczonych równomiernie dookola. Nalezy utrzymac w aparacie taka ilosc materialu ziarnistego, aby gólna powierzchnia sta- M lej warstwy materialu ziarnistego 18 znajdowala sie powyzej wylotu z rur zsypowych 14, 15 cyklo¬ nów 9, 10, zapewniajac zamkniecie cyklonu od strony wylotu ziaren. Ponadto stwierdzono, ze utrzymywanie odpowiednio wysokiej warstwy 18 40 jest konieczne dla efektywnej pracy kolumny 17.Jesli w aparacie nie utrzymuje sie odpowiedniej warstwy materialu ziarnistego 18 to przemywanie ziaren staje sie malo wydajne, gdyz strumien ma¬ terialu ziarnistego plynacego na dól przez kolumne 45 17 staje sie zbyt rozproszony aby zapewnic wla¬ sciwy kontakt ze strumieniem przemywajacym.Wskazane jest zainstalowanie separatora plyn — material ziarnisty zarówno do wylotu Zl rury re¬ akcyjnej jak i do wylotu 8 z aparatu. Jednakze w w wielu wypadkach mozna nie instalowac sepa¬ ratora na wylocie z rury reakcyjnej Z. W tych wy¬ padkach wskazane jest zachowanie separatora 9 aby urzadzenie zabezpieczyc przed stratami mate¬ rialu ziarnistego, a przewód odprowadzajacy 8 przed 55 ewentualnym zatkaniem lub innym niewskazanym oddzialywaniem ziaren porwanych przez strumien produktów.Urzadzenie wedlug wynalazku mozna wykonac z kazdego materialu konstrukcyjnego odpornego *o na dzialanie temperatury w zakresie od tempera¬ tury otoczenia do 1500°C i wiecej. Zwykle wy¬ starczajaca jest odpornosc termiczna stali nier¬ dzewnej. Material konstrukcyjny musi takze wy¬ kazywac wysoka odpornosc na dzialanie materialu 65 * ziarnistego. Nalezy wziac pod uwage, ze mniej od¬ porny na scieranie material konstrukcyjny moze ulegac korozji lub erozji pod wplywem dzialania materialu ziarnistego. Mozna równiez zastosowac stal platerowana, wewnatrz calego urzadzenia lub w niektórych miejscach szczególnie narazonych na scieranie. Srednica wewnetrzna rury reakcyjnej moze wynosic od okolo 80 mm do okolo 2,5 m lub wiecej a dlugosc odpowiednio, od okolo 1 m do okolo 35 m lub wiecej, przy czym dlugosc od¬ cinka rury znajdujacego sie wewnatrz aparatu, od¬ powiednio od okolo 0,6 m do okolo 20 m lub wie¬ cej, zaleznie od wysokosci aparatu i wysokosci sta¬ lej warstwy materialu ziarnistego znajdujacego sie w aparacie. Wskazany jest ksztalt cylindryczny obudowy aparatu. Górna cylindryczna czesc obu¬ dowy 1 posiada wieksza srednice, która wynosi od okolo 0,3 rri do okolo 10 m lub wiecej i jest po¬ laczona stozkowym przewezeniem z dolna cylin¬ dryczna czescia obudowy 3, której srednica jest dwa lub wiecej razy mniejsza od srednicy górnej czesci. Wysokosc aparatu moze wynosic od okolo 3 m do okolo 25 m. Poszczególne elementy wlo¬ towe i wylotowe tak zaprojektowano aby uzyskac wymagane wydajnosci oraz sprawne przeplywy w calym urzadzeniu.Gdy urzadzenie wykorzystujemy do krakingu katalitycznego to jako ziarnisty katalizator stosuje sie niekrystaliczne krzemiany glinowe albo krysta¬ liczne krzemiany glinowe lub ich mieszaniny z krzemionka lub tlenkiem glinowym lub obydwo¬ ma tymi skladnikami. Do wlotu rury reakcyjnej doprowadza sie strumien weglowodoru przewodem 4 i katalizatora, przewodem 5, Mieszanina surow¬ ca i katalizatora stale przeplywa ku górze. We- '$ glowodór wyplywa wylotem Zl i po oddzieleniu od katalizatora opuszcza aparat przewodem odpro¬ wadzajacym 8. Czesciowo zdezaktywowany katali¬ zator1, który byl juz w kontakcie z weglowodorami w rurze reakcyjnej, zsypuje sie do waratwy 18.Nastepnie obsuwa sie do kolumny 17, gdzie jest przemywany strumieniem pary wodnej lub azotu doprowadzanym przewodem 7, który usuwa resztki weglowodorów zaadsorbowanych na katalizatorze.Katalizator oczyszczony od weglowodorów jest od¬ prowadzony z kolumny 17 przewodem 6 do rege¬ neratora. Regeneracja polega na utlenianiu wegla osadzonego na katalizatorze, gazem zawierajacym tlen. Zregenerowany katalizator nadaje sie do po¬ nownego zastosowania. Doprowadza sie go prze¬ wodem 5 do rury reakcyjnej Z. Strumien przemy¬ wajacy, pary wodnej lub azotu, odprowadza sie z aparatu przewodem 8 wraz z produktami wy¬ plywajacymi z rury reakcyjnej 2.W podobny sposób, aczkolwiek przy innych pa¬ rametrach i surowcach oraz w obecnosci innego katalizatora, przeprowadza sie proces dehydroge- nacji. Wskazane jest, aby podczas pracy urzadze¬ nia w aparacie 1 znajdowala sie stala warstwa katalizatora, zwlaszcza ponizej wylotu Zl z rury reakcyjnej oraz w przewezeniu stozkowym 20 po¬ nad kolumna 17. Takze jest wskazane, aby wyso¬ kosc warstwy katalizatora siegala powyzej dolnego zakonczenia rury zsypowej cyklonu, w celu unie¬ mozliwienia przeplywu gazu przez rure zsypowa.\ 81993 PL PL