Способ и устройство для определения затухания реакции в процессе конверсии углеводородов

Способ и устройство для определения затухания реакции в процессе конверсии углеводородов

Реферат

Изобретение относится к способу и устройству для определения затухания реакции в процессе конверсии углеводородов, в частности к способу и устройству для определения затухания реакции в автотермическом крекинг-процессе.

Олефины, такие как этилен и пропилен, можно получать каталитической дегидрогенизацией или крекингом углеводородного сырья. В настоящем описании под "крекингом" подразумеваются оба этих способа.

Крекинг углеводородов является эндотермическим процессом. При эндотермическом процессе реакция, как известно, происходит при потреблении определенного количества тепла. В так называемом автотермическом крекинг-процессе необходимое для крекинга тепло получают сжиганием части исходного углеводородного сырья. Для этого реакционную смесь углеводородного сырья и содержащего молекулярный кислород газа пропускают через катализатор, который может поддерживать процесс горения обогащенной реакционной смеси, воспламеняемость которой превышает предельное значение. Тепло, выделяющееся при частичном сгорании углеводородного сырья, используют для крекинга остальной части углеводородного сырья и получения смеси газов, содержащей олефиновые углеводороды. Один из примеров автотермического крекинг-процесса описан в ЕР-А-0332289. При автотермическом крекинге к исходному углеводороду можно также добавлять водород.

При проведении автотермической реакции крекинга в обычных условиях количество кислорода, не сгорающего в процессе реакции, крайне невелико и, как правило, не превышает двух или обычно 1 об.%. Поэтому прошедшая через слой катализатора смесь газов обычно не воспламеняется.

Недавно, однако, было установлено, что при затухании реакции концентрация кислорода в прошедшей через катализатор смеси газов может неожиданно возрасти до уровня, превышающего ее предел воспламеняемости.

Предел воспламеняемости определяется наибольшим количеством содержащегося в смеси газов кислорода, которого недостаточно для поддержания в ней процесса горения. Смесь газов, в которой концентрация кислорода превышает предел воспламеняемости, может воспламениться и является взрывоопасной. При этом воспламенение смеси газов или взрыв могут произойти в оборудовании, расположенном за зоной реакции, в которой происходит автотермический крекинг-процесс. Затухание реакции происходит обычно из-за избыточного количества проходящего через катализатор углеводородного сырья, ошибки оператора, потери катализатором его каталитических свойств или дезактивации катализатора, а также при нарушении режима работы реактора.

Обычно в автотермическом крекинг-процессе используют катализатор с очень большой пропускной способностью, которая намного превышает пропускную способность катализаторов, используемых в других процессах каталитической конверсии углеводородов. Среднечасовая скорость подачи газа при автотермическом крекинге углеводородов обычно превышает 100000 ч^-1, тогда как при обычной каталитической конверсии она не превышает 10000 ч^-1. Поэтому в автотермическом крекинг-процессе существует достаточно высокая вероятность очень быстрого образования потенциально воспламеняющихся смесей газов.

В настоящее время известны различные способы, позволяющие избежать образования воспламеняющихся смесей газов и за счет этого снизить вероятность воспламенения или взрыва и повысить безопасность процесса конверсии углеводородов.

Один из таких способов предложен, в частности, в патенте US 4069272, в котором для поддержания концентрации кислорода в образовавшейся в результате окислительной дегидрогенизации углеводородов смеси газов на уровне, не превышающем предела воспламеняемости, предлагается добавлять в зону реакции часть полученного продукта реакции.

В описанном в патенте US 4891464 способе дегидрогенизации углеводородов количество кислородсодержащего газа, который смешивают с углеводородами и водородом до зоны повторного нагрева, в которой происходит процесс каталитического окисления, регулируют по разнице температур в зоне окисления и в расположенной до нее зоне каталитической дегидрогенизации, измеряют фактический расход содержащего кислород газа и регулируют его в зависимости от заданного максимально допустимого расхода, выбирая нижнее значение первого допустимого максимального расхода в зависимости от первого перепада температур и второго допустимого максимального расхода в зависимости от второго перепада температур.

Известно, что повышение безопасности химических процессов представляет собой проблему, существующую постоянно.

На решение именно этой проблемы и направлен предлагаемый в настоящем изобретении способ окисления углеводородов, обеспечивающий возможность быстрого определения образования потенциально воспламеняющихся потоков газообразных продуктов и принятия соответствующих мер по регулированию процесса с целью снижения опасности взрыва.

Одной из главных задач настоящего изобретения является снижение опасности, связанной с возможностью возникновения взрывов в оборудовании, расположенном за зоной реакции, в которой происходит окисление углеводородов.

Для решения этой задачи в настоящем изобретении предлагается способ конверсии углеводородов, заключающийся в том, что в результате взаимодействия в зоне реакции в присутствии катализатора исходного углеводорода и содержащего молекулярный кислород газа получают поток продукта реакции, в котором концентрация кислорода равна, близка или превышает предел воспламеняемости, и определяют затухание реакции, используя полученный при этом сигнал для активизации мер, направленных на снижение опасности возникновения взрыва за зоной реакции.

В настоящем изобретении предлагается также реактор, используемый в процессе конверсии углеводородов, в котором может произойти затухание реакции, имеющий зону реакции, в которой имеется устройство для размещения в ней катализатора и в которой в результате контакта исходного углеводорода и содержащего молекулярный кислород газа с катализатором образуется поток продукта реакции, в котором концентрация кислорода равна, близка или превышает предел воспламеняемости, а также имеющий устройство для определения затухания реакции и средства, снижающие опасность возникновения взрыва за зоной реакции.

В настоящем описании под "потоком продукта реакции" понимается поток, выходящий непосредственно из находящегося в зоне реакции слоя катализатора.

Состав потока продукта реакции может быть разным и зависит от природы исходного углеводородного сырья и конкретных условий реакции.

Как уже было указано выше, предел воспламеняемости смеси определяется как наибольшая концентрация кислорода в смеси, которая недостаточна для поддержания в ней процесса горения. Предел воспламеняемости может меняться при изменении давления, температуры и состава потока продукта реакции. Обычно предел воспламеняемости потока продукта реакции в процессе автотермического крекинга при давлении, равном одной атмосфере, и температуре, равной 25°С, достигает 34 об.% кислорода.

При затухании процесса конверсии углеводородов, например из-за слишком большого снижения активности катализатора, перебоев в работе оборудования или ошибки оператора, кислород, содержащийся в исходном углеводородном сырье, полностью не вступает в реакцию и частично остается в потоке продукта реакции. Увеличение содержания кислорода в потоке продукта реакции, в котором также содержатся и другие газы, в частности водород, может привести к образованию в расположенном за зоной реакции оборудовании потенциально воспламеняющейся смеси газов. Так, например, затухание реакции в процессе автотермического крекинга может привести к увеличению концентрации кислорода в выходящей из слоя катализатора смеси газов до концентрации, равной концентрации кислорода в исходном сырье (в котором концентрация кислорода обычно лежит в пределах от 30 до 35% и составляет например 33%). В некоторых процессах конверсии углеводородов, например в автотермическом крекинг-процесс, такое увеличение содержания не вступившего в реакцию кислорода в потоке продукта реакции может произойти очень быстро, например в течение нескольких секунд.

С учетом этого в настоящем изобретении предлагается также способ конверсии углеводородов, заключающийся в том, что способную к воспламенению над катализатором реакционную смесь, состоящую из углеводорода и содержащего молекулярный кислород газа, пропускают через катализатор и определяют затухание реакции за катализатором в течение первых 60 с или быстрее с момента затухания реакции.

Для уменьшения до минимума опасности возникновения взрыва в воспламеняющемся потоке продукта реакции и вероятности повреждения оборудования, расположенного за зоной реакции, затухание реакции предпочтительно определять в течение первых 60 с, более предпочтительно в течение первых 20 или даже 10 с, наиболее предпочтительно в течение первых 5 с, например 1-3 с, с момента затухания реакции. Точное время определения затухания реакции может быть разным и зависит от конкретных условий, в которых протекает реакция конверсии углеводородов, а также типа и схемы расположенного за зоной реакции оборудования. Обычно время определения затухания реакции выбирается опытным и/или расчетным путем на основании физических законов, описывающих тепловые потоки и процессы теплообмена. При определении времени затухания расчетным путем можно использовать компьютерное моделирование процессов динамики текучих сред. Для обоснования выбора модели при таком моделировании полученные расчетом данные сравниваются с экспериментальными данными.

Затухание реакции можно определить по изменениям температуры с помощью соответствующих датчиков температуры. При неожиданном затухании реакции происходит быстрое увеличение концентрации кислорода в потоке продукта реакции и быстрое падение температуры потока продукта реакции. Падение температуры потока продукта реакции ниже предельно допустимого уровня обычно связано с повышением сверх допустимого уровня концентрации в нем кислорода. Предельно допустимую температуру можно определить как наибольшую температуру, при которой в процессе сгорания смеси молекулярного кислорода и углеводорода концентрация кислорода в смеси не превышает предела ее воспламеняемости. В процессе конверсии углеводородов, в частности при автотермическом крекинг-процессе, предельно допустимая температура обычно не превышает 400°С и составляет, как правило, 300-350°С.

Повышение температуры сверх предельно допустимой можно использовать для приведения в действие различных систем или устройств, которые при срабатывании снижают опасность возникновения взрыва за зоной реакции, в частности в оборудовании, расположенном за зоной реакции. Такая температура, называемая в дальнейшем "температурой изменения режима", при которой срабатывают снижающие опасность возникновения взрыва системы или устройства, лежит в промежутке между наиболее высокой температурой, до которой можно нагреть реакционную смесь кислорода и углеводорода до ее контакта с катализатором, и минимальной нормальной рабочей температурой процесса конверсии углеводородов. Обычно температуру изменения режима задают такой, чтобы устройства, которые предназначены для снижения опасности взрыва, могли сработать максимально быстро. Как правило, температура изменения режима выбирается приблизительно равной минимальной рабочей температуре, при которой происходит конверсия углеводородов. Таким образом, при автотермическом крекинге углеводородов температуру изменения режима выбирают в пределах от 350 до 1000°С, более предпочтительно в пределах от 600 до 800°С, наиболее предпочтительно в пределах от 700 до 775°С.

Температуру потока продукта реакции на выходе из слоя катализатора можно измерять, определять и контролировать с помощью любого соответствующего датчика температуры. В качестве датчиков температуры в настоящем изобретении предлагается использовать термопары, термометры сопротивления и инфракрасные датчики температуры. Термопары измеряют изменение температуры по изменению напряжения спая в месте перехода разнородных металлов. Термометры сопротивления измеряют изменение температуры по изменению сопротивления металла, такого как платина, которое меняется с изменением температуры. Инфракрасные датчики температуры измеряют изменение температуры по изменению интенсивности инфракрасного излучения.

Предпочтительно для измерения температуры использовать датчик, содержащий одну или несколько термопар. Настоящее изобретение предполагает возможность использования термопар любого соответствующего типа. При этом, в частности, можно использовать и одноточечные, и многоточечные термопары. Термопару можно заключить в оболочку, защищающую спай разнородных металлов, из которых изготовлена термопара. Обычно такую оболочку изготавливают из металла, например, из нержавеющей стали марки 316, сплава инконель 600, инколой 80 или хастеллой. Оболочку можно изолировать от спая с помощью, например, оксида магния. В заземленных термопарах оболочка непосредственно касается спая. Преимуществом заземленных термопар является их высокое быстродействие к изменениям температуры, а недостатком - их несовместимость с определенными типами электрических систем защиты, которые иногда применяются в химической промышленности.

Для защиты термопары от возможного повреждения ее можно разместить в термопарокармане или термопарогильзе. Преимуществом такого решения является возможность замены термопары без остановки реактора, а недостатком - меньшая чувствительность термопары к изменениям температуры. Этот недостаток, однако, можно свести к минимуму за счет уменьшения толщины стенок термопарокармана или термопарогильзы. Тем не менее предпочтительно использовать термопары без термопарокарманов, которые заметно снижают быстродействие термопар. При использовании термопар без термопарокарманов необходимо принять соответствующие меры, направленные на снижение образования в месте расположения термопары различных пустот, в которых из-за отложения продуктов реакции на поверхности термопары может образоваться нагар.

При измерении температуры в предлагаемом в изобретении способе несколькими термопарами можно использовать и одинаковые, и разные по типу термопары.

Термопары следует выбирать таким образом, чтобы они могли зафиксировать затухание реакции в течение первых 60 с, предпочтительно в течение первых 20 или даже 10 с, наиболее предпочтительно в течение первых 5 с, с момента затухания.

Количество термопар и их расположение за слоем катализатора должно обеспечивать необходимую надежность системы. Обычно на каждом расположенном за слоем катализатора участке реактора, через который проходит поток продукта реакции, устанавливают одну термопару. В том случае, например, когда слой катализатора расположен в цилиндрическом реакторе горизонтально, а газы проходят через зону реакции сверху вниз в направлении оси реактора, температуру потока продукта реакции можно измерять тремя термопарами, расположенными в одной плоскости под слоем катализатора. В другом случае, когда катализатор разделен на отдельные секторы, для измерения потока продукта реакции можно использовать термопары, установленные по одной под каждым сектором слоя катализатора.

При использовании для снижения температуры потока продукта реакции охлаждающего устройства, например котла, нагреваемого теплом отходящих газов, или системы с водяным охлаждением, термопару(-ы) предпочтительно размещать до охлаждающего устройства с таким расчетом, чтобы его работа не влияла на показания термопары(термопар). Предпочтительно термопару(-ы) располагать сразу же за слоем катализатора.

Каждую термопару можно соединить с расположенной вне реактора распределительной коробкой. Провода от распределительной коробки можно вывести в отдельное помещение, из которого осуществляется управление всем технологическим процессом и в котором находится компьютер, в памяти которого можно хранить полученные с помощью термопар результаты измерения температуры. Полученные с помощью термопар результаты измерений температуры дают оператору ценную информацию, позволяющую судить о характере протекающего в реакторе процесса и постоянно следить за протеканием реакции конверсии с учетом ее возможного затухания. При наличии такой информации и появлении признаков затухания реакции оператор может в любой момент принять соответствующие меры.

Затухание реакции помимо измерения изменений температуры потока продукта реакции или в дополнение к этому способу можно определять и по изменению концентрации кислорода в потоке продукта реакции, в частности по неожиданному или резкому увеличению содержания кислорода в потоке продукта реакции. При нормальной работе реактора концентрация кислорода в потоке продукта реакции должна оставаться по существу постоянной. Однако при затухании реакции обычно происходит резкое увеличение концентрации кислорода в потоке продукта реакции. С целью свести к минимуму опасность возникновения взрыва в смеси кислорода и углеводородов повышение содержания кислорода в потоке продукта реакции предпочтительно определять в течение первых 60 с, предпочтительно в течение первых 20 или даже 10с, наиболее предпочтительно в течение первых 5 с, с момента затухания реакции.

Для измерения и контроля концентрации кислорода в потоке продукта реакции можно использовать любой метод анализа состава газообразных смесей, пригодный для определения концентрации кислорода.

Выбор конкретного метода анализа содержания кислорода в потоке продукта реакции зависит от места проведения анализа. Так, например, некоторые датчики кислорода, в частности парамагнитного типа, могут использоваться только после соответствующего охлаждения потока продукта реакции. Недостатком такого метода является, как известно, его низкое быстродействие и большое время измерений, достигающее 1-3 мин.

С целью повысить быстродействие системы измерений концентрацию кислорода в потоке продукта реакции предпочтительно измерять и контролировать непосредственно за слоем катализатора.

Для измерения концентрации кислорода предпочтительно использовать неразрушающий метод измерений с минимальной задержкой времени между взятием пробы газа и проведением анализа ее состава. Для этого предпочтительно использовать спектроскопические методы, основанные на измерении излучения в инфракрасной, ближней инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой областях спектра, в частности спектроскопию в ближней инфракрасной или видимой областях спектра. При таких измерениях можно использовать любые отвечающие определенным требованиям инфракрасные спектрометры, спектрометры ближней инфракрасной области, спектрометры видимой области спектра или ультрафиолетовые спектрометры.

Молекулы кислорода поглощают, как известно, излучение видимой или ближней инфракрасной областей спектра в строго определенных диапазонах частот. Поэтому при использовании спектроскопии видимой или ближней инфракрасной областей изменение концентрации кислорода в потоке продукта реакции можно определить путем сравнения интенсивности излучения в этих диапазонах частот в спектре проходящего видимого излучения и/или излучения ближней инфракрасной области с интенсивностью излучения в диапазонах частот спектра отраженного излучения, т.е. спектра, полученного после прохождения через поток продукта реакции видимого излучения и/или излучения ближней инфракрасной области. С целью избежать влияния присутствующих в потоке продукта реакции посторонних частиц и/или пыли, оседающей на окнах датчиков, на результаты измерений может потребоваться определенная коррекция спектров.

Наиболее предпочтительным спектроскопическим методом измерения концентрации кислорода в потоке продукта реакции является спектроскопия, основанная на использовании диодного лазера. Диодно-лазерная спектроскопия основана на выборе для газообразного кислорода одной единственной спектральной линии поглощения, предпочтительно в инфракрасной или видимой области спектра. Частоту диодного лазера настраивают на одну линию поглощения для кислорода путем регулирования температуры и тока возбуждения лазера. Спектральная ширина диодного лазера существенно меньше спектральной ширины линии поглощения для кислорода. Линию поглощения для кислорода определяют путем изменения тока возбуждения диодного лазера и сканированием его волной соответствующей области спектра вблизи частоты линии поглощения.

Молекулы кислорода, расположенные на оптическом пути между диодным лазером и детектором, поглощают проходящее излучение лазера, и поэтому изменение длины волны лазера сопровождается изменением интенсивности воспринимаемого детектором излучения. Следовательно, по измеренной форме линии поглощения и ее размеру можно рассчитать количество кислорода, находящегося на пути движения лазерного луча от излучателя до приемника.

В предпочтительном варианте определение концентрации кислорода таким методом выполняют в видимой части спектра, что однако не исключает возможности проведения измерений и на других длинах волн. Длина волны излучения в видимой области спектра должна наиболее предпочтительно составлять от 0,6 до 0,7 мкм. Для проведения таких измерений можно использовать различную аппаратуру, содержащую выполненный в виде диодного лазера излучатель и соответствующий детектор излучения лазера.

Такого типа аппаратура выпускается, в частности, под маркой LaserGas фирмой Nork Elektro Optikk A/S (Норвегия). Преимуществом этой аппаратуры является возможность учета влияния на результаты анализа пробы любого загрязнения и попадания пыли на оптические окна излучателя и детектора путем сканирования спектра по обе стороны от максимальной амплитуды и определения базовой линии для перехода лазера.

При необходимости окна любой лазерной аппаратуры можно охлаждать и/или очищать продувочным газом, который не влияет на спектр поглощения. К таким газам относятся, в частности, этан, этилен или азот. Продувочный газ не должен смешиваться с газами, содержащимися в потоке продукта реакции, в такой степени, чтобы это могло помешать определению затухания протекающей в слое катализатора реакции конверсии.

Описанные выше методы спектроскопии в видимой и ближней инфракрасной областях спектра можно использовать для контроля концентрации кислорода в потоке продукта реакции непосредственно в реакторе. При этом необходимая чувствительность детектора должна быть обеспечена соответствующим выбором длины пути, которая обычно составляет около 1 м. Для этого анализатор обычно располагают таким образом, чтобы луч лазера проходил через корпус реактора или трубу (газопровод) большого диаметра в поперечном направлении.

В тех случаях, когда диаметр реактора не превышает 500 мм, необходимую для измерения концентрации кислорода в потоке продукта реакции рассмотренным выше методом длину оптического пути можно получить путем использования специальной системы анализа отбираемых проб газа. Такая система имеет трубу длиной от 0,6 до 2 м, обычно 1 м. На одном конце такой трубы устанавливают источник лазерного излучения, а на другом - соответствующий детектор. При проведении анализов пробу проверяемого газа подают в трубу через патрубок, расположенный, например, в средней части трубы. Луч лазера пропускают через отбираемую от продукта реакции пробу газа, которая во время измерений проходит по всей длине трубы от ее расположенного в средней части входного патрубка до расположенных на концах трубы выходных патрубков. При необходимости для охлаждения и/или очистки окон источника лазерного излучения и детектора используют продувочный газ. Продувочный газ подают в трубу и выводят из нее через соответствующие отверстия, расположенные на концах трубы. В этом случае центральная часть трубы будет заполнена только анализируемым газом. Таким путем обеспечивается необходимая точность определения момента затухания реакции. Окна детектора можно расположить в центре поперек трубы в зоне, в которой находится только анализируемый газ.

Настоящее изобретение предполагает возможность использования и других методов определения затухания реакции. К таким методам относятся, в частности, методы, основанные на измерении содержания в потоке продукта реакции не вступивших в реакцию углеводородов или на определении изменения содержания в потоке продукта реакции других продуктов сгорания, таких как вода, моноксид и/или диоксид углерода.

При выявлении факта затухания реакции активизируются соответствующие меры, направленные на снижение или полное устранение опасности возникновения взрыва или воспламенения газов в оборудовании, расположенном за зоной реакции, или задействуются соответствующие средства, позволяющие снизить или полностью устранить опасность возникновения взрыва или воспламенения газов в оборудовании, расположенном за зоной реакции. Подобные меры и средства в дальнейшем называются системами изменения режима и аварийного выключения и защиты оборудования от возможного взрыва или сокращенно CAB.

Срабатывание CAB при затухании реакции происходит по соответствующему сигналу соединенного с CAB детектора, который используется для определения затухания реакции. В качестве такого детектора можно использовать, например, термопару(-ы), соединенную(-ые) с CAB соответствующими проводами.

К предлагаемым для использования в настоящем изобретении CAB относятся системы или устройства, которые:

1) ограничивают или прекращают подачу в слой катализатора исходного содержащего молекулярный кислород газа,

2) разбавляют поток продукта реакции, например инертным газом,

3) ограничивают или прекращают отбор из зоны реакции образующегося в ней продукта реакции,

4) собирают образующийся в процессе реакции воспламеняющийся продукт в определенном предназначенном для его временного хранения месте установки, которое может выдержать давление взрыва.

Срабатывание CAB может сопровождаться перекрытием магистрали, по которой в зону реакции подают кислород, например, с помощью системы клапанов путем закрытия одного или нескольких, обычно двух клапанов, установленных на магистрали, по которой в зону реакции подают кислород. Предпочтительно между двумя кислородными клапанами иметь открытый вентиляционный клапан. Между двумя кислородными клапанами вместо вентиляционного клапана можно установить клапан, предназначенный для подачи в магистраль под давлением, большим давления кислорода, инертного газа, например азота, образующего в магистрали газовую пробку, перекрывающую поток подаваемого в зону реакции кислорода. Вслед за перекрытием магистрали, по которой в зону реакции подают кислород, перекрывают и магистраль для подачи в зону реакции углеводородов.

CAB можно также использовать для разбавления потока продукта реакции соответствующим разбавителем, присутствие которого в потоке продукта реакции делает его невоспламеняющимся или трудно сгораемым. В качестве таких разбавителей можно использовать инертные или горючие газы. Примерами инертных газов являются азот и диоксид углерода. К горючим газам относятся, например, обогащенные метаном газы, такие как очищенный горючий газ или природный газ, обогащенные этаном или пропаном газообразные углеводороды и пары жидких топлив, например дизельного топлива.

САВ можно использовать и для ограничения или прекращения отбора из зоны реакции образующегося в ней продукта. Для этого можно использовать один клапан, отводящий поток продукта реакции, например, в систему вентиляции или в устройство для сжигания газа.

При отводе потока продукта реакции, например, в систему вентиляции, момент затухания реакции должен быть зафиксирован достаточно быстро, чтобы подлежащий сбросу в систему вентиляции продукт реакции не прошел мимо того места отводящей магистрали, в котором она соединяется с системой вентиляции. Решить эту проблему можно достаточно просто, расположив место отвода продукта реакции за слоем катализатора на определенном от него расстоянии, которое предпочтительно должно быть минимальным для того, чтобы уменьшить объем образующейся потенциально воспламеняющейся смеси газов, а следовательно, и затраты энергии на ее последующую утилизацию в любое удобное время. Во избежание возможного попадания пламени обратно в магистраль для отбора продуктов из зоны реакции отводимые из нее газы должны обладать достаточно высокой скоростью. Место отвода потока продукта реакции (в систему вентиляции) предпочтительно выбирать таким образом, чтобы время с момента выхода продукта реакции из слоя катализатора до попадания в это место не превышало 40 с, более предпочтительно 20 с, наиболее предпочтительно 10 с (определено измерениями или расчетным путем на модели процессов динамики текучих сред для режима с максимальным расходом перерабатываемого на установке сырья при минимальном рабочем давлении и максимальной рабочей температуре).

В дополнение или вместо рассмотренных выше систем в изобретении предусмотрена возможность защиты расположенного за зоной реакции оборудования от взрыва путем отвода воспламеняющегося потока продукта реакции в определенное место, которое предназначено для его временного хранения и может выдержать образующееся при взрыве давление. Для этого можно использовать соответствующую систему клапанов, содержащую, например, один или несколько расположенных за слоем катализатора запорных клапанов, закрываемых в соответствующий момент времени. Собираемый в определенном месте установки воспламеняющийся продукт реакции можно затем перевести в состояние, в котором он не является огнеопасным, и использовать в расположенном за этим местом оборудовании или просто сжигать.

Для уменьшения воспламеняемости собираемого в определенном месте потока продукта реакции его можно смешивать в этом месте с соответствующим газом, в частности инертным газом, например азотом, или горючим газом. Добавляемый в поток продукта реакции газ способствует его более эффективному перемешиванию и может также использоваться для охлаждения горячих поверхностей различного оборудования, в том числе реактора, температура которого может подняться до уровня, при котором может произойти воспламенение потока продукта реакции. Место, в котором собирают воспламеняющиеся продукты реакции, можно полностью заполнить добавляемым к ним газом.

Состав собираемого в определенном месте установки продукта реакции можно регулировать, делая его неогнеопасным. Для этого к продукту реакции обычно добавляют в необходимом количестве инертный и/или горючий газ.

Сделать продукт реакции трудносгораемым или неогнеопасным путем добавления к нему, например, инертного газа можно не только в том месте, где его собирают после получения в зоне реакции, но и в другом месте установки. Для этого собираемый продукт реакции подают в соответствующую емкость, например в трубу, в которую одновременно подают инертный газ в количестве, достаточном для того, чтобы продукт реакции перестал быть огнеопасным.

Обязательным условием при промежуточном хранении продукта реакции в определенном месте является необходимость достаточно быстрого определения затухания реакции, обеспечивающего закрытие запорного клапана до прохождения мимо него воспламеняющегося продукта реакции. Решить эту проблему можно сравнительно просто, установив запорный клапан на достаточно большом расстоянии от слоя катализатора. Предпочтительно, однако, клапан установить максимально близко к слою катализатора, уменьшив тем самым объем находящегося до клапана потенциально воспламеняющегося потока продукта реакции. Обычно срабатывание запорного клапана после затухания реакции должно происходить в течение первых 20 с, более предпочтительно в течение первых 10 с, наиболее предпочтительно в течение первых 5 с (определено измерениями или расчетным путем на модели процессов динамики текучих сред для режима с максимальным расходом перерабатываемого на установке сырья при минимальном рабочем давлении и максимальной рабочей температуре).

CAB можно использовать в сочетании с другими устройствами защиты, такими как устройства с постоянно горящим в дежурном режиме пламенем или непрерывно работающие устройства зажигания.

В некоторых процессах конверсии углеводородов, в частности в автотермическом крекинг-процессе, до начала в слое катализатора реакции конверсии смесь газов необходимо обогатить кислородом. Поэтому при запуске реактора систему определения затухания реакции и систему аварийного выключения и защиты оборудования от взрыва (CAB) необходимо временно отключить. При этом, однако, чрезвычайно важно, чтобы во время запуска реактора за слоем катализатора не собиралась потенциально воспламеняющаяся смесь газов. Для этого можно использовать газообразный разбавитель, например инертный или горючий газ, добавляя его к продукту реакции в количестве, достаточном для того, чтобы продукт реакции перестал быть огнеопасным. Инертный или горючий газ обычно добавляют к потоку продукта реакции в таком количестве, чтобы концентрация в нем кислорода не превышала 5 мас.%. В качестве инертного газа для этой цели можно использовать азот и диоксид углерода. К горючим газам, добавляемым к потоку продукта реакции для уменьшения концентрации кислорода, относятся обогащенные метаном газы, например очищенный или природный газ, углеводороды, обогащенные этаном или пропаном, и пары жидких топлив, например дизельного топлива.

Устройства для определения затухания реакции и устройства для снижения опасности возникновения взрыва можно включить до удаления из расположенного за слоем катализатора пространства газа-разбавителя.

При запуске реактора во избежание воспламенения смеси газов над слоем катализатора минимальная скорость содержащего молекулярный кислород исходного газа должна быть больше скорости горения. При этом минимальная скорость содержащего молекулярный кислород исходного газа должна обеспечить равномерное течение газа. Неравномерное течение газа может привести к ложному срабатыванию системы защиты. При ложном срабатывании системы защиты минимальная скорость содержащего молекулярный кислород исходного газа должна быть соответствующим образом увеличена.

Настоящее изобретение может найти применение в любом способе конверсии углеводородов, в котором концентрация кислорода в потоке продукта реакции такова, что продукт реакции становится потенциально воспламеняющимся. Предлагаемый в изобретении способ может, в частности, найти применение при производстве синтез-газа (СО и H₂).

Синтез-газ можно получать путем каталитического взаимодействия в определенных условиях метана или природного газа с кислородом. Условия проведения реакции хорошо известны и описаны, например, в заявке ЕР-А-0645344, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Температура реакции лежит в пределах от 500 до 1500°С, предпочтительно от 800 до 1200°, в частности от 900 до 1100°С. Давление, при котором протекает реакция, составляет обычно от 1 до 75 бар, в частности, от 10 до 40 бар. В качестве катализаторов обычно используют металлы VIII группы Периодической таблицы, такие как Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd и Pt. Предпочтительно в качестве катализатора использовать Ni, Rh, Pt и/или Ir.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения конверсию углеводородов проводят автотермическим крекингом.

В этом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ получения олефина, заключающийся в том, что углеводородное сырье и содержащий молекулярный кислород газ вводят в контакт с катализатором, который может поддерживать процесс горения смеси газов, в которой количество топлива превышает предел воспламеняемости, и обеспечивает получение содержащего олефи