Блок каталитической ароматизации легких углеводородов и способ его работы

Блок каталитической ароматизации легких углеводородов и способ его работы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройствам для получения ароматических углеводородов путем каталитической переработки углеводородов С₃₊ и может найти применение в нефтегазовой промышленности.

Известна установка каталитической переработки легкого углеводородного сырья [RU 2565229, МПК C10G 35/04, опубл. 20.10.2015 г.], включающая нагреватель, изотермические каталитические реакторы, генератор теплоносителя, соединенный с реакторами, системы регенерации катализатора и утилизации газа регенерации.

Основным недостатком известной установки является низкий выход целевых продуктов из-за накопления в катализате побочных продуктов реакции.

Наиболее близкой по технической сущности является установка для получения концентрата ароматических углеводородов из углеводородов С₃ и С₄ [RU 57278, МПК С07С 15/42, опубл. 10.10.2006], включающая блок каталитической ароматизации и систему выделения ароматических углеводородов, блок каталитической ароматизации состоит из двух секций, включающих рекуперационный теплообменник, огневую печь (нагреватель) и каталитический реактор, расположенный между секциями системы охлаждения, разделения и повторного нагрева катализата.

Недостатками данного блока ароматизации является его сложность из-за наличия двух последовательно расположенных секций с системой охлаждения, разделения и повторного нагрева катализата между ними, а также низкий выход ароматических углеводородов из-за накопления водорода в катализате и снижения температуры в реакторах при протекании процесса ароматизации вследствие отсутствия в реакторах устройств для выделения водорода и нагрева. Максимально возможный выход ароматических углеводородов, который можно получить в таком блоке ароматизации, составляет 63 мас.%.

Задачей изобретения является упрощение блока ароматизации и увеличение выхода ароматических углеводородов.

Техническим результатом является упрощение блока ароматизации и увеличение выхода ароматических углеводородов за счет расположения в реакторах зоны окисления водорода, отделенной от зоны катализа водородселективой и теплопроводящей мембраной, что позволяет нагревать зону катализа теплом окисления водорода.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом блоке каталитической ароматизации, включающем нагреватель, каталитический реактор, рекуперационный теплообменник, особенностью является то, что в реакторе расположены по меньшей мере одна зона катализа и по меньшей мере одна зона окисления, разделенные водородселективой и теплопроводящей мембраной, при этом зона катализа оснащена линией подачи сырья, на которой последовательно расположены первый нагреватель, рекуперационный теплообменник и второй нагреватель, и линией вывода катализата через рекуперационный теплообменник, а зона окисления размещена на линии циркулирующего теплоносителя, на которой расположены второй нагреватель, рекуперационный теплообменник теплоносителя, первый нагреватель и газодувка, при этом к линии циркулирующего теплоносителя примыкают линии ввода воздуха и вывода балансового теплоносителя.

При необходимости в зоне окисления может быть размещен катализатор окисления, а нагреватели могут быть оснащены системами сепарации и вывода водного конденсата, образующегося при окислении водорода. При недостатке тепла окисления водорода для нагрева зоны катализа линия циркулирующего теплоносителя или зона окисления оснащены линией подачи топлива. При необходимости линия подачи сырья оснащена линией подачи циркулирующего потока, содержащего не превращенные компоненты сырья.

Реактор, его составляющие элементы, а также теплообменники, нагреватели и газодувка могут быть изготовлены в любом исполнении, известном из уровня техники, при условии работоспособности при температуре и давлении процесса ароматизации легких углеводородов.

Расположение в реакторе по меньшей мере одной зоны окисления водорода, отделенной от по меньшей мере одной зоны катализа водородселективой и теплопроводящей мембраной, позволяет сначала удалить водород из зоны катализа через водородселективную мембрану и сдвинуть равновесие химического процесса в сторону образования ароматических углеводородов, а затем нагреть зону катализа, охлаждающуюся вследствие эндотермичности процесса ароматизации, за счет тепла, выделяющегося при окислении водорода кислородом, вводимым в линию циркулирующего теплоносителя в составе воздуха, за счет чего увеличить выход ароматических углеводородов, а также упростить блок каталитической ароматизации вследствие уменьшения количества оборудования.

Блок каталитической ароматизации легких углеводородов включает реактор 1 с зонами катализа 2 и окисления 3, разделенные теплопроводящей и водородселективой мембраной 4, первый 5 и второй 6 нагреватели, рекуперационный теплообменник 7, рекуперационный теплообменник теплоносителя 8 и газодувку 9.

При работе блока сырье, содержащее углеводороды С₃₊, по линии 10, после нагрева в аппаратах 5, 7 и 6, подают в зону катализа 2 реактора 1, загруженную катализатором дегидроциклодимеризации и обогреваемую через мембрану 4, где по меньшей мере часть углеводородов С₃₊ превращают в ароматические углеводороды, которые в составе катализата выводят по линии 11 в блок разделения катализата (не показан) после охлаждения в теплообменнике 7, и водород, часть которого через мембрану 4 выводят в зону окисления 3, в которую по линии 12 с помощью газодувки 9 подают смесь теплоносителя с воздухом, вводимым по линии 13, которую предварительно нагревают в теплообменнике 8. В зоне 3 водород, прошедший через мембрану 4, окисляется кислородом воздуха, повышая температуру теплоносителя и нагревая зону катализа 2. Отработанный теплоноситель после охлаждения в аппаратах 6, 8, и 5 смешивают с воздухом, а балансовое его количество выводят по линии 14, расположенной, например, после газодувки 9. При необходимости в линию 12 или непосредственно в зону 3 подают топливо (не показано). В линию 10 по линии 15 из блока разделения катализата может подаваться циркулирующий поток, содержащий не превращенные компоненты сырья. На предложенном блоке каталитической ароматизации достигается выход ароматических углеводородов не менее 85 мас.%.

Таким образом, предлагаемый блок проще, позволяет повысить выход ароматических углеводородов и может быть использован в промышленности.

1. Блок каталитической ароматизации легких углеводородов, включающий нагреватель, каталитический реактор, рекуперационный теплообменник, отличающийся тем, что в реакторе расположены по меньшей мере одна зона катализа и по меньшей мере одна зона окисления, разделенные водородселективой и теплопроводящей мембраной, при этом зона катализа оснащена линией подачи сырья, на которой последовательно расположены первый нагреватель, рекуперационный теплообменник и второй нагреватель, и линией вывода катализата через рекуперационный теплообменник, а зона окисления размещена на линии циркулирующего теплоносителя, на которой расположены второй нагреватель, рекуперационный теплообменник теплоносителя, первый нагреватель и газодувка, при этом к линии циркулирующего теплоносителя примыкают линии ввода воздуха и вывода балансового теплоносителя.

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что в зоне окисления размещен катализатор окисления.

3. Блок по п. 1, отличающийся тем, что нагреватели оснащены системами сепарации и вывода водного конденсата.

4. Блок по п. 1, отличающийся тем, что зона окисления или линия циркулирующего теплоносителя оснащены линией подачи топлива.

5. Блок по п. 1, отличающийся тем, что линия подачи сырья оснащена линией подачи циркулирующего потока, содержащего не превращенные компоненты сырья.

6. Способ работы блока каталитической ароматизации легких углеводородов, характеризующийся тем, что сырье, содержащее углеводороды C₃₊, нагревают и подают в загруженную катализатором дегидроциклодимеризации зону катализа реактора, где по меньшей мере часть углеводородов C₃₊ превращают в ароматические углеводороды, которые выводят на разделение в составе охлаждаемого катализата, и водород, часть которого через водородселективную теплопроводящую мембрану выводят в зону окисления реактора, где окисляют предварительно нагретой смесью теплоносителя с воздухом, нагревая зону катализа выделяющимся при этом теплом.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что сырье предварительно смешивают с циркулирующим потоком, содержащим не превращенные компоненты сырья.