Труба для быстрого охлаждения, устройство и способ проведения каталитических газофазных реакций

Номер патента: 13091

Опубликовано: 26.02.2010

Автор: Колман Дерек Алан

Есть еще 1 страница.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Труба для быстрого охлаждения, имеющая длину L, диаметр D и по меньшей мере одно впускное отверстие для охлаждающей среды, способное пропускать охлаждающую среду в трубу с ее боковой стороны под углом по меньшей мере 30° по отношению к продольной оси трубы, и в которой D составляет от 0,04 до 0,10 м, а отношение L/D - по меньшей мере 5.

2. Труба для быстрого охлаждения по п.1, имеющая от 2 до 4 впускных отверстий для охлаждающей среды.

3. Устройство для получения газообразного продукта, которое включает по меньшей мере одно первое средство для подачи первого потока газообразного реагента, по меньшей мере одно второе средство для подачи второго потока газообразного реагента, зону катализатора и зону быстрого охлаждения продукта,

причем зона катализатора имеет площадь поперечного сечения (SK), составляющую по меньшей мере 0,01 м2,

зона быстрого охлаждения продукта расположена ниже по направлению потока от зоны катализатора и включает несколько (N) труб для быстрого охлаждения, каждая из которых имеет длину L, диаметр D и площадь поперечного сечения ST и по меньшей мере одно впускное отверстие для охлаждающей среды, способное пропускать охлаждающую среду в трубу с ее боковой стороны под углом по меньшей мере 30° по отношению к продольной оси трубы, и при этом

D составляет от 0,04 до 0,10 м,

L/D равно по меньшей мере 5, а

(N´ST)/SK составляет от 0,07 до 0,31.

4. Устройство по п.3, в котором (N´ST)/SKсоставляет менее 0,25.

5. Устройство по п.3 или 4, в котором N равно по меньшей мере 3 и менее 20.

6. Способ получения потока газообразного продукта с помощью устройства по одному из пп.3-5, в котором осуществляют взаимодействие первого потока газообразного реагента и второго потока газообразного реагента с катализатором для получения потока газообразного продукта и этот поток продукта на выходе из зоны катализатора быстро охлаждают.

7. Способ по п.6, в котором осуществляют взаимодействие потока газообразного парафинового углеводорода и газа, содержащего молекулярный кислород, с катализатором, способным поддерживать горение после того, как обычное топливо достигнет предела воспламеняемости, для получения посредством автотермического крекинга потока газообразного продукта, содержащего олефины.

Текст

Смотреть все

013091 Настоящее изобретение относится к трубе для быстрого охлаждения, устройства, включающего вышеуказанные трубы для быстрого охлаждения, и, в частности, устройства (аппарата), предназначенного для получения олефинов посредством автотермического крекинга. Автотермический крекинг является способом получения олефинов, в котором углеводородное сырье смешивают с кислородом и пропускают (через зону реакции) в присутствии катализатора автотермического крекинга. Катализатор автотермического крекинга может поддерживать горение после того, как топливо достигнет предела воспламеняемости. Горение начинается на поверхности катализатора и здесь же происходит выделение тепла, необходимого для повышения температуры реагентов до технологической температуры и для осуществления способа эндотермического крекинга. Обычно желательно использовать смешанный поток реагентов после его предварительного нагрева, так как в этом случае уменьшается количество сырья, которое требуется сжигать для выделения тепла, необходимого для эндотермического крекинга. Катализатор обычно содержит металл VIII группы, предпочтительно по меньшей мере один металл платиновой группы, например платину. Способ автотермического крекинга описан в ЕР 332289 В, ЕР 529793 В, ЕР-А-0709446 и WO 00/14035. Поток продукта обычно выходит из зоны реакции в виде потока газообразного продукта при температуре более 800 С, например более 900 С, и особенно, если под давлением требуется быстрое охлаждение этого потока продукта. Это обеспечивает высокий выход олефинов, так как на стадии охлаждения продукта скорость реакции в потоке газообразного продукта уменьшается, таким образом, сводится к минимуму возникновение других реакций с образованием нежелательных продуктов. Обычно требуется быстрое охлаждение потока продукта на выходе из зоны катализатора так, чтобы снизить температуру потока продукта не менее чем до 800 С в течение 40 мс, а еще лучше в течение 20 мс после его выхода из зоны катализатора, хотя при низких давлениях допустимо увеличение продолжительности быстрого охлаждения. Быстрое охлаждение может быть обеспечено путем ввода конденсата в поток газообразного продукта предпочтительно в нескольких местах так, чтобы в результате испарения конденсата происходило охлаждение потока газообразного продукта. На данный момент установлено, что при увеличении масштаба осуществления способа автотермического крекинга до промышленного масштаба, благодаря применению труб для быстрого охлаждения,имеющих определенные размеры, преимущественно можно обеспечить эффективное и быстрое охлаждение потока продукта. Соответственно, в настоящем изобретении предлагается труба для быстрого охлаждения, имеющая длину L, диаметр D и по меньшей мере одно впускное отверстие для охлаждающей среды, которое пропускает охлаждающую среду в трубу с ее боковой стороны, и в которой D = 0,04-0,10 м, a L/D - по меньшей мере 5. Предпочтительно D = 0,04-0,08 м.L/D предпочтительно составляет по меньшей мере 10. Предпочтительно L/D менее 15. Выражение "пропускает охлаждающую среду в трубу с боковой стороны вышеуказанной трубы" означает, что охлаждающая среда вводится под углом, который должен составлять по меньшей мере 30,в большинстве случаев по меньшей мере 45, а предпочтительно приблизительно 90 по отношению к продольной оси трубы для быстрого охлаждения. Это улучшает перемешивание и, следовательно, обеспечивает более быстрое охлаждение, чем в случае, когда охлаждающая среда вводится через впускное отверстие для охлаждающей среды вдоль оси трубы для быстрого охлаждения, т.е. параллельно основному направлению потока в трубе. (Без сомнений, очевидно, что если ввод осуществляется не под углом 90 по отношению к продольной оси трубы для быстрого охлаждения, то в каждом конкретном случае угол ввода будет как меньше 90, так и больше 90 по отношению к направлению продольной оси, идущей от входного отверстия трубы для быстрого охлаждения до ее выходного отверстия (а при ее использовании - по отношению к основному направлению потока материала, охлаждаемого в этой трубе), и предполагается, что все эти позиции входят в объем настоящего изобретения). В одном частном варианте в трубе для быстрого охлаждения предусмотрены предпочтительно 2-4 впускных отверстия для охлаждающей среды, соответственно расположенные по окружности трубы для быстрого охлаждения приблизительно на равном расстоянии друг от друга. Каждое впускное отверстие для охлаждающей среды может включать одну форсунку или ряд форсунок, например от 2 до 7 форсунок. Как правило, они расположены близко друг к другу в одном узле с целью минимизации размера узла форсунок для впускных отверстий. Охлаждающую среду вводят предпочтительно с боковой стороны трубы через форсунки/впускные отверстия под различными углами, каждый из которых составляет по меньшей мере 30, в большинстве случаев по меньшей мере 45 по отношению к продольной оси трубы для быстрого охлаждения. При использовании каждая труба для быстрого охлаждения может быть ограничена входным концом на том торце, где вводится охлаждаемый поток, и выходным концом на другом торце. Впускное отверстие для охлаждающей среды (по меньшей мере, первая форсунка, в том случае, когда для одного впускного отверстия предусмотрены несколько форсунок) в каждой трубе для быстрого охлаждения обычно расположено в ближайшей к входному концу части трубы, так что охлаждающая среда после ее-1 013091 ввода в трубу для быстрого охлаждения может сразу же контактировать с охлаждаемым потоком. В настоящем изобретении большое значение имеет диаметр труб (D). Было установлено, что при диаметрах труб, предлагаемых в настоящем изобретении, отношениеL/D, составляющее по меньшей мере 5, обеспечивает хорошее перемешивание охлаждающей среды и потока газообразного продукта в пределах длины вышеуказанной трубы, что гарантирует быстрое охлаждение. В отличие от этого, при увеличении диаметров даже те трубы для быстрого охлаждения, длина которых значительно больше, не могут обеспечить требуемое быстрое охлаждение, а тем более за такой короткий промежуток времени. Хотя труба меньшего диаметра по сравнению с теми, что указаны в заявке, может еще улучшить контактирование охлаждающей среды и газа и, следовательно, повысить эффективность быстрого охлаждения, кроме того, сокращая время быстрого охлаждения, было установлено, что такие трубы имеют целый ряд недостатков, в том числе те, что указаны ниже:i) при слишком малом D значительное количество охлаждающей среды, входящей с боковой стороны трубы для быстрого охлаждения, может достигать стенки трубы на стороне, противоположной стороне ввода, и охлаждать ее, что снижает эффективность перемешивания и охлаждения и становится причиной потенциальных нагрузок на трубу;ii) при слишком малом D при вводе в действие, когда вода достигает противоположной стенки, поток воды может отклоняться в направлении кверху и воздействовать на зону, находящуюся ниже катализатора, что, например, может привести к отключению по срабатыванию защиты, иiii) при уменьшении D увеличивается отношение площади полной поверхности к объему труб для быстрого охлаждения, что приводит к увеличению площади поверхности для коксообразования. Трубы для быстрого охлаждения, предлагаемые в настоящем изобретении, предпочтительно не подвержены засорению (не имеют пробок) или сужению проходного сечения, которые могли бы препятствовать потоку газа или смеси газа и охлаждающей среды в трубе для быстрого охлаждения. Это минимизирует время пребывания охлаждаемого газа в трубе для быстрого охлаждения (а также упрощает проектирование при относительно небольшом масштабе труб для быстрого охлаждения). Было установлено, что трубы для быстрого охлаждения, предлагаемые в соответствии с первой особенностью настоящего изобретения, при использовании их в промышленном масштабе в виде ряда труб для быстрого охлаждения потока горячего газообразного продукта автотермического крекинга обеспечивают оптимальное быстрое охлаждение. В частности, было установлено, что трубы для быстрого охлаждения в предлагаемом в настоящем изобретении способе обеспечивают хорошее перемешивание и эффективное быстрое охлаждение при условии, что время пребывания в самих трубах составляет менее 20 мс, в основном менее 10 мс. В соответствии со второй особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для осуществления взаимодействия первого потока газообразного реагента со вторым потоком газообразного реагента с образованием потока газообразного продукта, которое включает по меньшей мере одно первое средство для подачи первого потока газообразного реагента, по меньшей мере одно второе средство для подачи второго потока газообразного реагента, зону катализатора и зону быстрого охлаждения продукта; причем зона катализатора имеет площадь поперечного сечения SK по меньшей мере 0,01 м 2; зона быстрого охлаждения продукта расположена ниже по направлению протока зоны катализатора(на выходе из нее) и включает ряд N труб для быстрого охлаждения, причем каждая труба имеет длинуL, диаметр D и площадь поперечного сечения ST; каждая труба для быстрого охлаждения имеет по меньшей мере одно впускное отверстие для охлаждающей среды, которое пропускает охлаждающую среду в трубу с ее боковой стороны, и при этомD = 0,04-0,10 м,L/D - по меньшей мере 3 и(NST)/SK составляет от 0,07 до 0,31. Вышеуказанное устройство может применяться для процессов автотермического крекинга или других процессов, в которых требуется быстрое охлаждение потока газообразного продукта, образовавшегося в результате взаимодействия первого потока газообразного реагента со вторым потоком газообразного реагента в присутствии катализатора. Поперечное сечение зоны катализатора (SK) обычно составляет по меньшей мере 0,05 м 2, предпочтительно по меньшей мере 0,1 м 2. Поперечное сечение зоны катализатора обычно составляет менее 1,2 м 2, предпочтительно менее 0,5 2 м. Наиболее предпочтительным является поперечное сечение зоны катализатора в пределах 0,2-0,3 м 2. Во время работы зона катализатора содержит катализатор. Высота слоя катализатора предпочтительно составляет 0,02-0,1 м. Конфигурация поперечного сечения зоны катализатора обычно такая же, как конфигурация внутреннего поперечного сечения реактора. Внутреннее поперечное сечение реактора может быть круговым. В качестве альтернативы, внутреннее поперечное сечение реактора может быть не круговым, а, на-2 013091 пример, в виде многоугольника, предпочтительно правильного многоугольника, у которого имеется по меньшей мере 4 стороны, предпочтительно по меньшей мере 5 сторон и предпочтительно менее 8 сторон; например, в виде шестиугольника. Вышеуказанное устройство включает ряд труб N, где N равно по меньшей мере 2. Оптимальное число труб зависит от полного поперечного сечения зоны катализатора и, как правило, возрастает при увеличении площади поперечного сечения зоны катализатора. Таким образом, отношение (NST)/SK показывает отношение площади полного поперечного сечения N труб для быстрого охлаждения к площади поперечного сечения зоны катализатора. Согласно уравнению ST=(0,5D)2 площадь поперечного сечения каждой трубы (ST) пропорциональна ее диаметру D.(NST)/SK предпочтительно менее 0,25, например в пределах 0,08-0,25. Более предпочтительно, если (NST)/SK составляет по меньшей мере 0,1 и наиболее предпочтительно от 0,1 до 0,2. Обычно N равно по меньшей мере 3. Предпочтительно N менее 20, более предпочтительно менее 10. Предпочтительно D равно по меньшей мере 0,06 м и/или меньше или равно 0,085 м. В соответствии со второй особенностью настоящего изобретения отношение L/D равно по меньшей мере 3. Предпочтительно L/D равно по меньшей мере 4, более предпочтительно по меньшей мере 5, например по меньшей мере 10. В частности, как отмечалось ранее, было установлено, что L/D, равное по меньшей мере 5, обеспечивает хорошее перемешивание охлаждающей среды с потоком газообразного продукта в пределах длины вышеуказанной трубы, что гарантирует быстрое охлаждение. Однако в зависимости от условий ниже по течению при уменьшении L/D до 3-5 все еще имеется возможность обеспечить перемешивание и охлаждение, отвечающее требованиям. Предпочтительно L/D равно менее 15,например 10-15. Первый и второй потоки газообразного реагента предпочтительно перемешиваются и подогреваются непосредственно перед контактом с катализатором в зоне катализатора. Поэтому перед зоной катализатора устройство предпочтительно включает зону перемешивания и предварительного нагрева. Для перемешивания и предварительного нагрева могут использоваться любые подходящие средства. Наиболее предпочтительно, если устройство включает зону перемешивания и предварительного нагрева, в которой используются первое и второе средство для подачи соответствующих реагентов, каждое из которых включает целый ряд выпускных отверстий, как описано в WO 2004/074222. Соответственно, данное устройство предпочтительно включает по меньшей мере одно первое средство для подачи первого потока газообразного реагента, по меньшей мере одно второе средство для подачи второго потока газообразного реагента, зону сопротивления и зону катализатора; причем первое средство подачи имеет целый ряд первых выпускных отверстий для подачи первого потока газообразного реагента, а второе средство подачи имеет целый ряд вторых выпускных отверстий для подачи второго потока газообразного реагента; зона сопротивления является пористой, расположена ниже первого и второго средств подачи (на стороне выхода) по направлению первого и второго потоков газообразного реагента и связана с первым и вторым средствами подачи; зона катализатора расположена ниже зоны сопротивления по направлению первого и второго потоков газообразного реагента и соединена с зоной сопротивления,и при этом первое средство подачи и второе средство подачи расположены так, что первый и второй потоки газообразного реагента контактируют, по существу, в параллельном потоке и перемешиваются до вхождения в зону сопротивления. Многочисленные выпускные отверстия перемешивающего устройства предпочтительно расположены в определенном порядке так, как описано в WO 2004/074222. Это обеспечивает наиболее эффективную подачу. Чтобы обеспечить такую подачу, они предпочтительно расположены в виде шестиугольника (в котором при правильной шестиугольной конфигурации одно выпускное отверстие имеет шесть ближайших равноудаленных от него соседних отверстий). Зона сопротивления является пористой и обеспечивает дисперсию реагентов при прохождении их через эту зону так, что они выходят из зоны сопротивления, будучи, в основном, равномерно распределены по площади поперечного сечения зоны сопротивления и, следовательно, в основном, равномерно распределены по площади поперечного сечения расположенной после нее зоны катализатора. Зона сопротивления может быть образована пористой металлической структурой, но предпочтительно пористый материал является неметаллом, а, например, керамикой. К соответствующим керамическим материалам относятся литий-алюминиевый силикат, оксид алюминия (Al2O3), стабилизированные диоксиды циркония, титанат на оксиде алюминия, ниаскон, кордиерит, муллит, диоксид кремния и цирконилфосфат кальция. Предпочтительными пористыми материалами являются альфа-оксид алюминия или кордиерит. Пористый материал может иметь гранулы в форме шариков или другой формы. В качестве альтернативы пористый материал может быть в виде пены. Вышеуказанное устройство предпочтительно рассчитано на работу под повышенным давлением,например под давлением выше 0,5 бар изб., предпочтительно под давлением по меньшей мере 10 бар-3 013091 изб. и более предпочтительно под давлением по меньшей мере 15 бар изб. Предпочтительно давление менее 50 бар изб., а более предпочтительно - менее 35 бар изб., например в пределах 20-30 бар изб. Зона катализатора обычно включает слой катализатора, который в реакционной зоне удерживается на месте в соответствующем держателе, например в сетке для катализатора, имеющей форму корзины. Во избежание прохождения газа в обход катализатора между катализатором и держателем любой зазор между катализатором и держателем предпочтительно заполнен соответствующим изолирующим материалом. К подходящим изолирующим материалам относятся искусственная минеральная вата, например керамическая вата, которая в держателе может быть завернута по краям катализатора. Кроме того, для усиления такого уплотнения катализатор может быть покрыт по краю материалом, подобным основному материалу-носителю катализатора, таким как оксид алюминия. Вышеуказанное устройство преимущественно используется для частичного окисления газообразного потока реагентов, вводимых в реакционную систему. Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ, в котором первый поток газообразного реагента и второй поток газообразного реагента вводят в контакт с катализатором с получением потока газообразного продукта, который на выходе из зоны катализатора быстро охлаждается; вышеуказанный способ осуществляется в устройстве и/или с использованием труб для быстрого охлаждения в соответствии с приведенным здесь описанием. Быстрое охлаждение обеспечивается благодаря контакту потока продукта с охлаждающей средой в трубах для быстрого охлаждения. Охлаждающей средой может быть газ или жидкость. Охлаждающая среда может быть инертной охлаждающей средой или реакционноспособной охлаждающей средой, например углеводород, особенно алкан или смесь алканов, которая может крекироваться до образования олефина. Если охлаждающей средой является газ, то он предпочтительно представляет собой инертный газ. Предпочтительно охлаждающей средой является жидкость, например вода. Охлаждающую среду, например воду, как правило, вводят под более высоким давлением, чем давление потока газообразного продукта, например 100 бар изб., и обычно ее вводят при температуре 100400 С, а предпочтительно 200-350 С, например 300 С. Ввод охлаждающей среды под высоким давлением и при высокой температуре обеспечивает мгновенное испарение значительной части охлаждающей среды под давлением в реакторе и, следовательно, обеспечивает очень быстрое снижение температуры в потоке газообразного продукта. На выходе из зоны катализатора поток продукта быстро охлаждается до температуры не более 800 С предпочтительно в течение 40 мс, а преимущественно в течение 20 мс после выхода из зоны катализатора. Для сведения других реакций к минимуму поток продукта после выхода из зоны катализатора может быть быстро охлажден, так что температура потока продукта снижается до 700-800 С, или он может быть охлажден до более низкой температуры, например не более 600 С (также предпочтительно в течение 40 мс и преимущественно в течение 20 мс после выхода из зоны катализатора). Предпочтительно первый поток газообразного реагента содержит кислородсодержащий газ, а второй поток газообразного реагента содержит газообразный парафиновый углеводород. Наиболее предпочтительно, если кислородсодержащий газ и газообразный парафиновый углеводород контактируют с катализатором, который может поддерживать горение после того, как обычное топливо достигнет пределов, в которых происходит автотермический крекинг до получения одного или нескольких олефинов. Таким образом, в данном варианте осуществления способа, предлагаемого в настоящем изобретении, газообразный парафиновый углеводород и газ, содержащий молекулярный кислород, контактируют с катализатором, способным поддерживать горение после того, как обычное топливо достигнет предела воспламеняемости, до получения потока газообразного продукта, содержащего олефины; который после выхода из зоны катализатора быстро охлаждается; вышеуказанный способ осуществляется в устройстве и/или с использованием труб для быстрого охлаждения в соответствии с приведенным здесь описанием. При контакте парафинового углерода и газа, ссдержащего молекулярный кислород, с катализатором, способным поддерживать горение после того, как обычное топливо достигнет предела воспламеняемости, на катализаторе начинается сгорание парафинового углерода, и на месте происходит выделение тепла, необходимого для повышения температуры реагентов до технологической температуры и для осуществления эндотермического крекинг-процесса до получения олефинов. Катализатор для автотермического крекинга может быть без носителя, например, в виде металлической сетки, но предпочтительно он используется с носителем. Можно использовать любой подходящий материал-носитель, например керамические или металлические носители, но обычно предпочитают керамические носители. Если используются керамические носители, то в состав керамического носителя может входить какой-либо оксид или комбинация оксидов, стойкая к высоким температурам, например,от 600 до 1200 С. Материал-носитель предпочтительно имеет низкий коэффициент теплового расширения и при высоких температурах устойчив к разделению фаз. К соответствующим керамическим носителям относятся кордиерит, муллит, литий-алюминиевый силикат, оксид алюминия (например, -Al2O3), стабилизированные диоксиды циркония, титанат на оксиде алюминия, ниаскон и цирконилфосфат кальция. Керамические носители могут иметь покрытие, на-4 013091 пример, из -Al2O3. Предпочтительно используется носитель в виде пены или сотового (ячеистого) монолита. Углеводород и газ, содержащий молекулярный кислород, смешивают и предварительно нагревают предпочтительно до контакта с катализатором, подогревая углеводород и кислород или до смешивания,или после смешивания, или же и до, и после смешивания. Для автотермического крекинга предпочтительно используются парафиновые углеводороды,имеющие по меньшей мере 2 атома углерода. Например, может использоваться газообразный углеводород, такой как этан, пропан или бутан, или жидкий углеводород, такой как нафта, или FT-жидкость. Когда реагентом является жидкий углеводород, то для использования в настоящем изобретении его следует выпаривать до образования потока газообразного реагента. Как кислородсодержащий газ можно подавать любой соответствующий газ, содержащий молекулярный кислород, например сам молекулярный кислород или воздух. Для реакции автотермического крекинга предпочтительно осуществляют совместную подачу водорода. Совместная подача водорода дает преимущества, поскольку в присутствии катализатора автотермического крекинга предпочтительно по отношению к углеводороду происходит сгорание водорода, повышая тем самым селективность всего процесса по олефинам. По количеству сгорающего водорода можно регулировать количество выделяющегося тепла и, следовательно, жесткость режима крекинга. Таким образом, при условии получения потока продукта автотермического крекинга, содержащего олефины, молярное отношение водорода к кислороду может меняться в любых реальных пределах. Соответственно, молярное отношение водорода к кислороду составляет 0,2-4, предпочтительно 0,2-3. При условии получения потока продукта автотермического крекинга, содержащего олефины, углеводород и кислородсодержащий газ могут вступать в контакт с катализатором в любой соответствующей молярной концентрации. Предпочтительное стехиометрическое отношение углеводорода к кислороду в 5-16 раз, предпочтительно в 5-13,5 раз, предпочтительно в 6-10 раз больше стехиометрического отношения углеводорода к кислороду, которое требуется для полного сгорания углеводорода до получения диоксида углерода и воды. Предпочтительно реагенты пропускают в присутствии катализатора с зависящей от давления среднечасовой скоростью подачи газа более 20000 ч-1 бар изб.-1 и наиболее предпочтительно более 100000 ч-1 бар изб-1. Например, под давлением 20 бар изб. наиболее предпочтительной является среднечасовая скорость подачи газа более 2000000 ч-1. Однако следует понимать, что оптимальная среднечасовая скорость подачи газа зависит от состава исходного сырья. Осуществление стадии автотермического крекинга должным образом возможно при температуре на выходе из зоны катализатора в пределах 600-1200 С. Соответственно, температура на выходе из зоны катализатора составляет по меньшей мере 720 С, например по меньшей мере 750 С. Предпочтительно стадия автотермического крекинга осуществляется при температуре на выходе из зоны катализатора в пределах 850-1050 С, а, наиболее предпочтительно в пределах 850-1000 С. Стадия автотермического крекинга обычно осуществляется под давлением более 0,5 бар изб., предпочтительно под давлением по меньшей мере 10 бар изб. и более предпочтительно под давлением по меньшей мере 15 бар изб. Предпочтительно давление составляет менее 50 бар изб. и более предпочтительно менее 35 бар изб., например в пределах 20-30 бар изб. Катализатор для автотермического крекинга может поддерживать горение после того, как топливо достигнет предела воспламеняемости. В качестве компонента катализатора этот катализатор обычно содержит металл VIII группы. К соответствующим металлам VIII группы относятся платина, палладий,рутений, родий, осмий и иридий. Предпочтительно используются родий и, в частности, платина и палладий. В расчете на общий вес катализатора в сухом состоянии содержание металла VIII группы обычно колеблется в пределах от 0,01 до 100 мас.%, предпочтительно от 0,01 до 20 мас.% и более предпочтительно от 0,01 до 10 мас.%. Если применяется катализатор на основе металла VIII группы, то он предпочтительно используется в комбинации с промотором катализатора. Промотором может быть металл группы IIIA, IVA и/или VA. В качестве варианта промотором может быть металл переходного ряда; причем переходный металл в качестве промотора отличается от переходного металла VIII группы, который может применяться как компонент катализатора. Промоторы предпочтительно выбирают из группы, включающей Са, In, Sn, Ge,Ag, Au или Cu. Атомное отношение металла VIII группы к промотору катализатора может составлять 1:0,1-50,0; предпочтительно 1:0,1-12,0. К предпочтительно используемым промотированным катализаторам относятся, например, катализаторы Pt/Ga, Pt/In, Pt/Sn, Pt/Ge, Pt/Cu, Pd/Sn, Pd/Ge, Pd/Cu, Rh/Sn, Pt/Pd/Cu и Pt/Pd/Sn. Очевидно, что металл VIII группы и промотор в составе катализатора могут присутствовать в любом виде, например в виде металла или в виде соединения металла, например оксида. Катализатор может быть приготовлен любым известным в данной области техники способом. Например, могут применяться способы приготовления катализатора на основе геля и способы мокрой пропитки. Обычно носитель катализатора пропитывают одним или несколькими растворами, содержащими металлы, высушивают, а затем прокаливают на воздухе. Пропитку носителя катализатора можно осуще-5 013091 ствлять в ходе одной или нескольких технологических операций. Предпочтительно применяются многократные операции пропитки. Между операциями пропитки носитель катализатора предпочтительно высушивают и прокаливают, а затем подвергают окончательному прокаливанию предпочтительно на воздухе. После этого прокаленный носитель катализатора может быть восстановлен, например, путем термообработки в водородной среде. Хотя выше описан простой (однослойный) катализатор, в качестве альтернативы может быть предложен катализатор в виде нескольких последовательных слоев, как описанный, например, в WO 02/04389. Поток газообразного продукта обычно содержит, кроме олефинов, непрореагировавшие парафиновые углеводороды, водород, моноксид углерода и метан и может содержать воду, а также в небольших количествах углеводороды ацетиленового ряда, ароматические соединения и диоксид углерода, которые должны быть отделены от требуемых олефинов. Следует отметить, что термин "газообразный", употребляемый по отношению к потоку продукта, относится к состоянию потока при выходе его из зоны катализатора, и компоненты вышеуказанного потока, например вода, при низких температурах могут представлять собой жидкости. После быстрого охлаждения необходимые для вышеуказанного потока процессы разделения могут осуществляться любыми соответствующими способами, например путем аминной промывки для удаления диоксида углерода и некоторого количества воды, при помощи деметанизатора для отделения водорода, моноксида углерода и метана, при помощи деэтанизатора для отделения С 3 и углеводородов от этана и этилена и при помощи С 2-колонны для отделения этилена от этана. Настоящее изобретение, в первую очередь, может применяться для устройств и способов в промышленном масштабе. Промышленный масштаб" зависит от самого способа, но реактор и слой катализатора обычно рассчитывают на переработку по меньшей мере 50 кт/год углеводорода (в каждом реакторе, если имеется несколько реакторов), предпочтительно по меньшей мере 100 кт/год углеводорода (в одном реакторе). Например, для производства олефинов в процессе автотермического крекинга промышленную установку обычно рассчитывают на получение по меньшей мере 25 кт/год олефинов (в одном реакторе),предпочтительно по меньшей мере 75 кт/год олефинов (в одном реакторе). Далее настоящее изобретение раскрывается со ссылкой на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 схематически показана труба для быстрого охлаждения, предлагаемая в первом варианте осуществления настоящего изобретения, а на фиг. 2 схематически показано поперечное сечение верхней части зоны быстрого охлаждения продукта в устройстве, предлагаемом в настоящем изобретении. Что касается фиг. 1, то на виде А показано поперечное сечение трубы (1) для быстрого охлаждения диаметром D, в которой предусмотрены 3 впускных отверстия (2 а-с) для охлаждающей среды, расположенные по окружности трубы (1) для быстрого охлаждения на одинаковом расстоянии друг от друга. Распыление охлаждающей среды из каждого впускного отверстия для охлаждающей среды схематически показано пунктирными линиями. Что касается фиг. 1, то на виде В, кроме того, представлена боковая проекция трубы (1) для быстрого охлаждения, показывающая ее длину L, которая на этом чертеже в 6 раз больше диаметра D. На фиг. 1(В) представлен также профиль одного впускного отверстия (2) для охлаждающей среды (который может соответствовать любому впускному отверстию 2 а-2 с на фиг. 1(А,показывающий, что впускное отверстие (2) имеет 4 форсунки (расположенные в направлении продольной оси трубы (1. Трубу для быстрого охлаждения обычно соединяют с соответствующим входным отверстием (3) (контур профиля которого показан пунктирной линией), через которое поток (4) получаемого газа из зоны катализатора, расположенной на стороне входа и имеющей большее поперечное сечение, можно пропускать в трубу для быстрого охлаждения. На фиг. 2 показано поперечное сечение верхней части зоны охлаждения продукта, на котором видны 3 трубы (1), каждая диаметром D, расположенные в поперечном сечении (5) реактора, которое соответствует поперечному сечению зоны катализатора. Диаметр поперечного сечения (5) - Dp. В данном примере (NST)/SK = 0,17 (D/Dp = 0,24 и ST/SK = 0,058). Пример. Было проведено моделирование настоящего изобретения с применением вычислительной гидрогазодинамики (ВГД) для зоны катализатора диаметром 600 мм, имеющей площадь поперечного сеченияSK, равную 0,28 м 2. Сравнительный вариант моделировали с использованием трубы для быстрого охлаждения диаметром 200 мм и длиной 1500 мм (L/D = 7,5). Труба для быстрого охлаждения имела 8 впускных отверстий для охлаждающей среды с одной форсункой на каждом впускном отверстии, причем впускные отверстия были расположены на равном расстоянии друг от друга по окружности трубы для быстрого охлаждения в верхней ее части. Через вышеуказанные впускные отверстия в поток продукта с температурой 920 С и давлением 30 бар изб., линейная скорость которого на выходе из зоны катализатора составляла 15 м/с (задавая среднюю скорость в трубе 135 м/с) впрыскивали воду с температурой 310 С и под давлением 100 бар изб. при общем массовом расходе 4 кг/с. У основания трубы для быстрого охлаждения (что эквивалентно-6 013091 среднему времени пребывания полученного газа в трубе для быстрого охлаждения 11,1 мс) отмечали значительное колебание температуры полученного газа в поперечном сечении трубы (почти 200 С), указывающее на плохое перемешивание, и при очень ограниченном быстром охлаждении потока продукта в центральной части трубы температура значительной части потока продукта все еще была около 900 С. Было проведено моделирование варианта, предлагаемого в настоящем изобретении. В этом варианте предусмотрены семь труб для быстрого охлаждения, каждая из которых имеет диаметр, D, 100 мм (0,1 м) и длину 500 мм (L/D = 5). [(NST)/SK = 0,19.] Каждая труба для быстрого охлаждения имеет 4 впускных отверстия для охлаждающей среды и одну форсунку на каждом впускном отверстии; причем впускные отверстия расположены на равном расстоянии друг от друга по окружности трубы для быстрого охлаждения в верхней ее части. В поток продукта с температурой 920 С и давлением 30 бар изб., линейная скорость которого на выходе из зоны катализатора составляет 15 м/с (средняя линейная скорость в каждой трубе 77 м/с) также впрыскивали воду с температурой 310 С и под давлением 100 бар изб. при общем массовом расходе для каждой трубы для быстрого охлаждения 0,57 кг/с (следовательно, общий массовый расход воды для 7 труб составляет 4 кг/с, что эквивалентно общему массовому расходу воды для одной трубы в сравнительном варианте). В этом варианте у основания трубы получено сравнительно равномерное распределение температуры при среднем значении приблизительно 800 С, указывающее на хорошее перемешивание и эффективное быстрое охлаждение. Действительно, до того как газ прошел половину пути вниз по трубе, во всех точках поперечного сечения трубы для быстрого охлаждения температура полученного газа снизилась и составила менее 900 С. Это происходит, несмотря на тот факт, что среднее время пребывания полученного газа в трубе для быстрого охлаждения также уменьшается более чем на 40% до 6,5 мс. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Труба для быстрого охлаждения, имеющая длину L, диаметр D и по меньшей мере одно впускное отверстие для охлаждающей среды, способное пропускать охлаждающую среду в трубу с ее боковой стороны под углом по меньшей мере 30 по отношению к продольной оси трубы, и в которой D составляет от 0,04 до 0,10 м, а отношение L/D - по меньшей мере 5. 2. Труба для быстрого охлаждения по п.1, имеющая от 2 до 4 впускных отверстий для охлаждающей среды. 3. Устройство для получения газообразного продукта, которое включает по меньшей мере одно первое средство для подачи первого потока газообразного реагента, по меньшей мере одно второе средство для подачи второго потока газообразного реагента, зону катализатора и зону быстрого охлаждения продукта,причем зона катализатора имеет площадь поперечного сечения (SK), составляющую по меньшей мере 0,01 м 2,зона быстрого охлаждения продукта расположена ниже по направлению потока от зоны катализатора и включает несколько (N) труб для быстрого охлаждения, каждая из которых имеет длину L, диаметр D и площадь поперечного сечения ST и по меньшей мере одно впускное отверстие для охлаждающей среды, способное пропускать охлаждающую среду в трубу с ее боковой стороны под углом по меньшей мере 30 по отношению к продольной оси трубы, и при этомD составляет от 0,04 до 0,10 м,L/D равно по меньшей мере 5, а(NST)/SK составляет от 0,07 до 0,31. 4. Устройство по п.3, в котором (NST)/SK составляет менее 0,25. 5. Устройство по п.3 или 4, в котором N равно по меньшей мере 3 и менее 20. 6. Способ получения потока газообразного продукта с помощью устройства по одному из пп.3-5, в котором осуществляют взаимодействие первого потока газообразного реагента и второго потока газообразного реагента с катализатором для получения потока газообразного продукта и этот поток продукта на выходе из зоны катализатора быстро охлаждают. 7. Способ по п.6, в котором осуществляют взаимодействие потока газообразного парафинового углеводорода и газа, содержащего молекулярный кислород, с катализатором, способным поддерживать горение после того, как обычное топливо достигнет предела воспламеняемости, для получения посредством автотермического крекинга потока газообразного продукта, содержащего олефины.

МПК / Метки

МПК: B01J 8/02, B01J 8/00, B01J 4/00, C10G 9/00, B01J 8/24, C10G 9/14, B01J 7/02, C10G 9/18

Метки: труба, проведения, способ, быстрого, газофазных, реакций, каталитических, устройство, охлаждения

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/9-13091-truba-dlya-bystrogo-ohlazhdeniya-ustrojjstvo-i-sposob-provedeniya-kataliticheskih-gazofaznyh-reakcijj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Труба для быстрого охлаждения, устройство и способ проведения каталитических газофазных реакций</a>

Похожие патенты