Способ и устройство для обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора - RU2748501C1

Чертежи

Описание

Область техники

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и защиты окружающей среды, и к способу и устройству для обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего отработанного катализатора, выгруженного из реактора, с целью осуществления извлечения нефтяной фазы, сортировки и рециркуляции высокоактивного катализатора из нефтесодержащего отработанного катализатора, выгруженного из реактора. В частности, изобретение относится к способу и устройству для обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора.

Уровень техники

35% мирового валового внутреннего продукта зависит от катализа. Количество применяемых промышленных катализаторов достигает 800000 тонн/год, из которых около 750000 тонн/год применяют в нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Мировой объем продаж катализаторов превышает 16,3 миллиардов долларов США, включая около 10,2 миллиардов долларов США (62,5%) от нефтеперерабатывающей и химической промышленности, что создает рыночную стоимость соответствующих продуктов более 1,63 триллионов долларов США. При использовании каталитическая активность катализатора может постепенно уменьшаться вследствие дезактивации и пассивации. Отработанный катализатор следует выгрузить и восполнить его свежим катализатором. Широко распространенное применение катализаторов вызывает проблемы, связанные с выгрузкой и обработкой большого количества дезактивированных катализаторов. Конкретные проблемы включают следующее:

(1) Выгруженные катализаторы несут большое количество загрязняющих веществ - углеводородов нефти и тяжелых металлов; таким образом, эти катализаторы превращаются в опасные отходы. Если их не обработать соответствующим образом, содержащиеся в выгруженных катализаторах углеводороды легко могут быть перенесены в окружающую среду, подвергая опасности экологическую окружающую среду и здоровье людей. Кроме того, выгруженный катализатор содержит большое количество пригодных для использования ресурсов нефтепродуктов. Если взять в качестве примера катализатор, выгруженный из псевдоожиженного слоя, применяемого для гидрогенизации кубовых остатков, то 1 т катализатора (массы основы) несет в среднем 1,5 т нефти, при этом нефть, абсорбированная в порах катализатора, достигает 0,52 т. Если большое количество загрязняющих веществ - углеводородов нефти, увлеченных выгруженными катализаторами, не извлечь, а просто сжечь, это будет ужасной потерей нефтяных ресурсов.

(2) В выгруженных катализаторах перемешаны катализаторы, имеющие высокую активность и низкую активность. Например, в катализаторах, выгруженных из локального устройства с псевдоожиженным слоем, в расчете на общую массу выгруженного катализатора, 54% частиц катализатора все еще обладают 80% исходной каталитической активности, в то время как только 14,5% частиц катализатора обладают относительной активностью ниже 50%. Если выгруженные катализаторы, имеющие как высокую активность, так и низкую активность, утилизировать совместно, в то время как для поддержания некоторой равновесной каталитической активности в реакторе следует постоянно добавлять свежие катализаторы, в количестве, равном количеству выгруженных катализаторов, псевдоожиженный слой будет, соответственно, потреблять большое количество катализаторов.

В настоящее время нефтесодержащие выгруженные катализаторы обрабатывают в промышленном масштабе главным образом путем захоронения на полигонах и сжигания, что не только приводит к существенной потере ресурсов и занимает большие площади, но и вызывает загрязнение почвы и водной среды. Кроме того, при сжигании сера и другие вещества могут переходить в атмосферу и образовывать вторичный источник загрязнения.

Таким образом, технология, с помощью которой нефтяную фазу, увлеченную нефтесодержащим выгруженным катализатором, отделяют и извлекают, а высокоактивный катализатор сортируют и используют повторно, является ключевой для разработки экологичного, ресурсосберегающего и способного устойчиво развиваться нефтехимического процесса.

Китайская патентная заявка CN 200410021093.2 раскрывает способ обработки отработанного катализатора, в котором отработанный катализатор подвергают непрерывной сухой перегонке при температуре 400-800°С, в течение 1-2,5 часов, с получением в результате сухой перегонки содержащего нефтяную фазу газа и частиц катализатора, таким образом осуществляя процесс удаления нефти из катализатора. Однако температура сухой перегонки в этом способе является высокой, что может вызвать крекинг нефти. Кроме того, время обработки является длительным, а ход процесса сложным.

Китайская патентная заявка CN 200810218580.6 раскрывает способ удаления нефтяных частиц из отработанного катализатора нефтехимических процессов, в котором, в расчете на массу нефтесодержащего отработанного катализатора нефтехимического процесса, в катализатор добавлено 0,5-1,0% масс., водорастворимого полимерного диспергатора; и для достижения удаления нефти из выгруженного катализатора перегонку проводят при нагревании в течение 60 минут, под давлением (1,50-6,0)×10⁴ Па и при температуре 300-600°С, с последующей конденсацией и сбором отогнанной нефти. Однако этот способ также имеет недостатки: высокое энергопотребление, неудобное осуществление и трудности широкомасштабного применения.

Патентная заявка США 4661265 раскрывает способ отделения нефти от выгруженного из реактора катализатора, в котором нефть просачивается из зазора между витками шнека под действием силы тяжести при пропускании через шнековый конвейер; при этом достигают отделения нефти от катализатора. Однако этот способ имеет недостаток - низкую эффективность удаления нефти, и обработанный катализатор все еще удерживает большое количество нефтяной фазы.

Для повышения эффективности удаления нефти из выгруженного катализатора китайская патентная заявка CN 201210147625.1 раскрывает способ и устройство для обработки катализатора, выгруженного из псевдоожиженного слоя, применяемого в процессе гидрогенизации кубового остатка, включающий три процесса: (i) регулирование и снижение вязкости; (ii) десорбцию и отделение в циклоне; и (iii) разделение трехфазной системы нефть - вода - катализатор и утилизацию ресурсов. Для десорбции и отделения абсорбированной нефти с поверхностей и из внутренних пор твердых частиц используют усилие сдвига в поле вращающегося потока. Преимуществами этого способа являются простота процесса, высокая эффективность удаления нефти, низкие эксплуатационные расходы и хорошая технологичность. Кроме того, китайская патентная заявка CN 201210208583.8 раскрывает способ и устройство для поэтапной десорбционной обработки катализатора, выгруженного из псевдоожиженного слоя, применяемого для гидрогенизации кубового остатка; в которые включены следующие три стадии: (А) декантация нефти путем отстаивания под действием силы тяжести, хранение и регулирование; (В) микроциклонная десорбция горячей водой и циркуляция горячей воды; и (С) микроциклонная экстракция растворителем и циркуляция растворителя. Совместное использование процессов микроциклонной десорбции горячей водой и микроциклонной экстракции растворителем дает эффект поэтапной десорбционной обработки нефтяных фаз, имеющих различные энергии адсорбции, тем самым дополнительно улучшая эффективность десорбции нефтяной фазы. Использование технологии циклонной десорбции горячей водой для удаления нефти из выгруженного катализатора приведено также в статье Jian-Ping Li "The enhancement on the waste management of spent hydrotreating catalysts for residue oil by a hydrothermal-hydrocyclone process" (Усовершенствование переработки отходов отработанных катализаторов гидроочистки кубовых остатков нефти с помощью гидротермально-гидроциклонного процесса), Catalysis Today, 271 (2016), 163-171).

Все вышеприведенные технологии используют преимущество высокого усилия сдвига потока в циклоне и высокоскоростного вращения частиц катализатора для усиления процесса десорбции нефти в порах частиц катализатора. Однако вышеупомянутые способы применяют в качестве среды воду, которая оказывает на механические свойства частиц катализатора воздействие, нежелательное для повторного применения катализатора. Кроме того, вышеупомянутые способы и устройства направлены только на обработку выгруженного катализатора с целью удаления нефти и не способны отсортировать и использовать повторно катализаторы с наиболее высокой активностью среди частиц катализатора, из которых нефть уже удалена. После удаления нефти катализаторы, обладающие как высокой, так и низкой активностью, совместно обрабатывают путем прямого захоронения на полигоне, что снижает загрязнение окружающей среды нефтяными загрязняющими веществами, при одновременном извлечении нефтяных ресурсов; но все еще приводит к переводу в отходы большого количества высокоактивных каталитических ресурсов.

Соответственно, на существующем уровне техники имеется острая необходимость разработать эффективный, экологичный, энергосберегающий, простой в исполнении способ и соответствующее устройство для обработки нефтесодержащего выгруженного катализатора, для осуществления цели эффективного извлечения нефти из выгруженного катализатора, а также сортировки и рециркуляции высокоактивного катализатора, содержащегося в выгруженном катализаторе.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает новый способ и новое устройство для обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора, решая таким образом задачи, имеющиеся на существующем уровне техники.

Одна из технических задач, которые должны быть решены настоящим изобретением, заключается в следующем: в настоящее время нефтесодержащие выгруженные катализаторы обрабатывают сложными способами, при высоких затратах, при этом может происходить вторичное загрязнение окружающей среды; эффективность извлечения нефтяных фаз является невысокой; а высокоэффективное отделение капель нефти, заключенных в порах частиц катализатора, является особенно затрудненным, что приводит к поступлению ресурсов в отходы. Настоящее изобретение использует для отмывания от выгруженного катализатора асфальтенов, смол и тяжелых ароматических соединений принцип «подобное растворяется в подобном»; и, в то же время, использует вращение частиц катализатора с высокой скоростью в поле циклона для усиления процессов отмывания и десорбции загрязняющих веществ, находящихся в порах катализатора, чтобы обновить поверхность катализатора, усилить активные центры и осуществить активацию катализатора в потоке (on-line). Данный способ прост и готов к осуществлению, а также обеспечивает высокую эффективность удаления нефти из пор катализатора.

Другая техническая задача, которая должна быть решена настоящим изобретением, заключается в следующем: существующие способы обработки нефтесодержащих выгруженных катализаторов ограничиваются только удалением нефти из катализаторов, в то время как большое количество высокоактивных катализаторов, содержащихся в выгруженных катализаторах, не отсортировывают для повторного применения, или эффективность сортировки не является высокой, что приводит к проблемам высокого потребления свежих катализаторов, получения большого количества опасных отходов из устройства и т.д. Настоящее изобретение, основанное на принципе распределения по ускорению в пульсирующем газе, достигает отделения катализаторов, имеющих высокую активность, от катализаторов, имеющих низкую активность, используя различные ускорения высокоактивного катализатора и малоактивного катализатора, имеющих различную плотность частиц, в пульсирующем поле потока газа, где частицы катализатора имеют различные траектории и смещения. Преимущества включают высокую эффективность сортировки и чувствительность к очень малой разнице в плотности.

В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора, включащий следующие стадии:

(A) циклонную промывку и активацию в потоке выгруженного катализатора: содержащиеся в выгруженном катализаторе асфальтены, смолы и тяжелые ароматические соединения подвергают циклонной промывке для достижения активации катализатора в потоке;

(B) отгонку растворителя из катализатора при вращении в циклоне: полученные на стадии (А) частицы катализатора подвергают усиленной отгонке при высокой температуре, при вращении в газовом циклоне, для удаления растворителя, увлеченного катализатором;

(C) сортировку высокоактивного катализатора по ускорению в газовом потоке: частицы высокоактивного катализатора отсортировывают от катализатора, полученного на стадии (В), на основе кинематической закономерности, согласно которой высокоактивный катализатор и малоактивный катализатор имеют различные результирующие импульсные направления смещения в поле пульсирующего потока газа, из-за различия плотности их частиц;

(D) повторную отгонку в циклоне и улавливание частиц высокоактивного катализатора: частицы высокоактивного катализатора, выгруженные с потоком газа после сортировки на стадии (С), дополнительно подвергают усиленной отгонке растворителя при вращении в циклоне, одновременно производя улавливание частиц катализатора в циклоне, для рециркуляции частиц высокоактивного катализатора; и

(E) охлаждение газа и удаление растворителя посредством конденсации: после улавливания в циклоне на стадии (D) газовый поток охлаждают, а увлеченный растворитель конденсируют, с получением чистого газа для циркуляции.

В предпочтительном воплощении на стадии (А) циклонная промывка основана на принципе «подобное растворяется в подобном»; при этом выгруженный катализатор включает содержащие жидкость твердые частицы, полученные в процессе, выбранном из группы, состоящей из гидрогенизации тяжелой нефти, каталитического реформинга, каталитического крекинга, гидрокрекинга и гидроочистки; и применяемым растворителем является бензин, дизельное топливо или органический растворитель, сходный с содержащимися в выгруженном катализаторе асфальтенами, смолами и тяжелыми ароматическими соединениями и растворяющий их;

циклонную промывку проводят в поле циклона, в котором нефть на поверхности и в порах выгруженного катализатора подвергают усиленной циклонной промывке в условиях механического отделяющего действия в поле высокоскоростного усилия сдвига в поле циклона, и под действием центробежной десорбирующей силы, возникающей при высокоскоростном вращении частиц катализатора, на загрязняющие вещества в порах; и

частицы выгруженного катализатора вращают с высокой скоростью в поле циклона для обновления покрытой тяжелыми углеводородами поверхности частиц катализатора и усиления активных центров катализатора для достижения получить активации катализатора в потоке.

В другом предпочтительном воплощении, на стадии (В), проводят отгонку растворителя в поле циклона, при этом высокоскоростное вращение частиц в поле циклона ускоряет обновление контактной поверхности раздела между растворителем на поверхности частиц и потоком газа, чтобы усилить процесс отгонки для удаления растворителя; при этом газ представляет собой азот, водород, сухой газ или низший (low) газ, а температура составляет от 200 до 400°С.

В другом предпочтительном воплощении на стадии (С) поток газа имеет циклически пульсирующий расход, и в этом потоке, исходя из принципа распределения по ускорению в пульсирующем газе, катализаторы, имеющие различные активности, имеют различные плотности частиц и различные ускорения в поле пульсирующего потока газа, так что они имеют различные траектории движения и смещения, что таким образом ведет к осуществлению эффективного разделения высокоактивного катализатора и малоактивного катализатора.

В другом предпочтительном воплощении, на стадии (D), находящийся в газовой фазе высокоактивный катализатор отделяют и улавливают на основе принципа высокоэффективного разделения в циклоне; при этом разделение имеет коэффициент разделения, в тысячи раз превышающий коэффициент разделения при осаждении под действием силы тяжести, так что после разделения газовая фаза не содержит частиц катализатора; и в то же время высокоскоростное вращение частиц катализатора в циклоне дополнительно усиливает отгонку растворителя.

В другом аспекте, в настоящем изобретении предложено устройство для осуществления вышеупомянутого способа обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора, включающее:

резервуар для загрузки/выгрузки катализатора и промывное устройство с циклонной активацией, соединенное с резервуаром для загрузки/выгрузки катализатора, для циклонной промывки и активации в потоке выгруженного катализатора на стадии (А);

резервуар для десорбционной отгонки в циклоне, соединенный с промывным устройством с циклонной активацией, для отгонки растворителя из катализатора при вращении в циклоне, на стадии (В);

сортирующее устройство с ускорением газового потока, соединенное с резервуаром для десорбционной отгонки в циклоне, и генератор пульсирующего потока газа, соединенный с сортирующим устройством с ускорением газового потока, для сортировки с ускорением газового потока высокоактивного катализатора, на стадии (С);

резервуар для хранения высокоактивного агента, соединенный с сортирующим устройством с ускорением газового потока, для повторной отгонки в циклоне и улавливания частиц высокоактивного катализатора на стадии (D); и

газоочиститель, соединенный с резервуаром для хранения высокоактивного агента, для охлаждения газа и удаления растворителя посредством конденсации, на стадии (Е).

В одном из предпочтительных воплощений как в резервуаре для загрузки/выгрузки катализатора, так и в промывном устройстве с циклонной активацией расположен гидроциклон, при этом высокоскоростное вращение частиц в циклоне позволяет осуществить усиленную промывку и активацию катализатора в потоке.

В другом предпочтительном воплощении устройство дополнительно включает трубопроводный подогреватель, соединенный с резервуаром для десорбционной отгонки в циклоне, для нагревания потока газа в резервуаре для десорбционной отгонки в циклоне до 200-400°С, чтобы можно было провести усиленную действием циклона отгонку растворителя, увлеченного частицами катализатора после промывки в циклоне, для удаления увлеченного растворителя.

В другом предпочтительном воплощении сортирующее устройство с ускорением потока газа включает впускное отверстие для катализатора, впускное отверстие для потока газа, распределительную пластину для потока газа, выпускное отверстие для высокоактивного агента и выпускное отверстие для малоактивного агента;

при этом генератор пульсирующего потока газа позволяет генерировать пульсирующий поток газа в сортирующем устройстве с ускорением газового потока, где максимальный расход потока газа является таким, что максимальная скорость потока газа в сортирующей колонне находится между конечной скоростью свободного осаждения частиц высокоактивного катализатора и конечной скоростью свободного осаждения частиц малоактивного катализатора; и под действием пульсирующего потока газа у малоактивных частиц, имеющих более высокую плотность, отрицательное смещение превышает положительное смещение, что приводит к результирующему смещению, которое является отрицательным, и эти частицы перемещаются сверху вниз, непосредственно от выпускного отверстия для малоактивного агента к резервуару для хранения малоактивного агента; а у высокоактивных частиц, имеющих более низкую плотность, положительное смещение превышает отрицательное смещение, что приводит к результирующему смещению, которое является положительным; и их выгружают из выпускного отверстия для высокоактивного катализатора, совместно с потоком газа;

при этом генератор пульсирующего потока газа включает импульсный клапан переменной частоты.

В другом предпочтительном воплощении циклонный сепаратор типа газ-твердое вещество расположен в резервуаре для хранения высокоактивного агента, чтобы иметь возможность усилить повторную отгонку при вращении, а также циклонное разделение и улавливание высокоактивного катализатора, увлеченного газовым потоком, что приводит к получению сухих частиц высокоактивного катализатора для рециркуляции; при этом эффективность улавливания катализатора составляет выше 99%.

Благоприятные эффекты

(1) Процесс отмывки и десорбции нефти, находящейся на поверхности и в порах выгруженного катализатора, усиливают за счет механического отделяющего действия в поле действующего в циклоне высокоскоростного усилия сдвига и центробежного десорбционного действия высокоскоростного вращения частиц катализатора на загрязняющие вещества в порах. Между тем, благодаря высокоскоростному вращению катализатора в поле циклона, покрытая тяжелыми углеводородами поверхность катализатора обновляется, и снова появляются активные центры, так что достигают быстрой активации катализатора в потоке.

(2) Процесс отгонки растворителя из катализатора осуществляют в поле циклона. Высокоскоростное вращение частиц в поле циклона увеличивает скорость обновления адсорбированного растворителя и высокотемпературного потока газа в катализаторе, так что процесс отгонки усиливается и эффективность отгонки повышается.

(3) На основе принципа распределения по ускорению в потоке газа, для сортировки частиц высокоактивного катализатора и малоактивного катализатора, которые имеют различные плотности частиц, применяют пульсирующий поток газа. Сортировка чувствительна к плотности и обладает высокой эффективностью. Кроме того, сухая сортировка не оказывает влияния на химические или механические свойства частиц катализатора. Технологическая схема является простой; эксплуатация - легкой; эксплуатационные расходы - низкими; и не образуются вторичные загрязняющие вещества.

Описание чертежей

Сопровождающие чертежи приведены для лучшего понимания изобретения. Они составляют часть описания, чтобы дополнительно разъяснить изобретение, не ограничивая его.

Фиг. 1 изображает технологическую схему для обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора согласно одному из предпочтительных воплощений данного изобретения.

Фиг. 2 изображает эффект удаления нефти с помощью обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора согласно одному из предпочтительных воплощений данного изобретения.

Фиг. 3 изображает эффект активации нефтесодержащего выгруженного катализатора посредством обработки, сортировки и рециркуляции катализатора согласно одному из предпочтительных воплощений данного изобретения.

Фиг. 4 изображает эффект сортировки высокоактивного катализатора посредством обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора согласно одному из предпочтительных воплощений данного изобретения.

Подробное описание изобретения

После обширных и глубоких исследований, авторы настоящего изобретения обнаружили, что нефтяная фаза, увлеченная выгруженным катализатором, большей частью содержится в порах, и основной причиной низкой эффективности удаления нефти из выгруженного катализатора является сложность извлечения нефти из пор, из-за значительной силы вязкого сопротивления, которая приложена к нефти, находящейся в микроразмерных каналах. Однако во вращающемся с высокой скоростью поле циклона скорость вращения частиц катализатора может составлять десятки тысяч оборотов в минуту, что может прилагать к находящейся в порах нефти центробежную силу, превышающую силу вязкого сопротивления, так что содержащаяся в порах нефть выходит из пор катализатора. Таким образом, при проведении процесса промывки, в котором подобное растворяется в подобном, в циклоне можно успешно повысить эффективность удаления нефти из пор катализатора. В то же время, вследствие высокоскоростного вращения катализатора в поле циклона, покрытая тяжелыми углеводородами поверхность катализатора обновляется, и активные центры усиливаются, так что происходит активация катализатора в потоке (on-line).

Кроме того, основной причиной дезактивации катализатора является закупорка каналов катализатора осажденным углеродом, металлом и тяжелыми углеводородами. Следовательно, активность катализатора прямо пропорциональна объему пор катализатора. Другими словами, она обратно пропорциональна плотности частиц катализатора. Частицы высокоактивного катализатора обладают меньшей плотностью, в то время как частицы малоактивного катализатора обладают большей плотностью. Высокоактивный катализатор и малоактивный катализатор, обладающие различными плотностями частиц, имеют различные ускорения в поле пульсирующего газового потока и, таким образом, имеют различные траектории движения и смещения, что позволяет достигнуть высокоэффективного разделения высокоактивного катализатора и малоактивного катализатора, а также рециркуляции частиц высокоактивного катализатора.

На основе вышеуказанных открытий авторы изобретения разработали способ и устройство для обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора, обладающие преимуществами простоты процесса, легкой эксплуатации, высокой эффективности удаления нефти, высокой эффективности сортировки катализаторов и т.п. Таким образом, были эффективно решены задачи, имеющиеся на существующем уровне техники.

В первом аспекте данного изобретения обеспечен способ обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора, и этот способ включает следующие стадии:

(A) циклонную промывку и активацию в потоке выгруженного катализатора: асфальтены, смолы и тяжелые ароматические соединения в выгруженном катализаторе подвергают циклонной промывке на основе принципа «подобное растворяется в подобном»; при этом высокоскоростное вращение частиц катализатора в поле циклона усиливает процесс отмывки и десорбции загрязняющих веществ из пор катализатора, обновляет поверхность катализатора, покрытую тяжелыми углеводородами, и позволяет вновь появиться активным центрам, для достижения быстрой активации катализатора в потоке;

(B) отгонку растворителя из катализатора при вращении в циклоне: частицы катализатора, полученные после промывки и активации в циклоне, подвергают усиленной отгонке при вращении в газовом циклоне, при высокой температуре, для удаления растворителя, увлеченного катализатором;

(C) сортировку высокоактивного катализатора по ускорению в газовом потоке: частицы высокоактивного катализатора эффективно отсортировывают на основе кинематической закономерности, согласно которой высокоактивный катализатор и малоактивный катализатор имеют различные результирующие импульсные направления смещения в поле пульсирующего потока газа вследствие различия плотности их частиц;

(D) повторную отгонку в циклоне и улавливание частиц высокоактивного катализатора: частицы высокоактивного катализатора, выгруженные после сортировки с потоком воздуха, дополнительно подвергают усиленной отгонке растворителя при вращении в циклоне, одновременно производя улавливание в циклоне частиц катализатора, для рециркуляции частиц высокоактивного катализатора; и

(E) охлаждение газа и удаление растворителя посредством конденсации: после улавливания в циклоне газ охлаждают, и увлеченный растворитель конденсируют, чтобы получить чистый газ для циркуляции.

В данном изобретении выгруженный катализатор на стадии (А) включает катализатор, применяемый в процессе, выбранном из группы, состоящей из гидрогенизации тяжелой нефти, каталитического реформинга, каталитического крекинга, гидрокрекинга, гидроочистки и т.д., и содержащие жидкость твердые частицы, полученные нефтехимическими процессами; при этом в качестве растворителя применяется бензин, дизельное топливо или органический растворитель, сходный с содержащимися в выгруженном катализаторе асфальтенами, смолами и тяжелыми ароматическими соединениями и растворяющий их.

В данном изобретении процесс промывки на стадии (А) осуществляют в поле циклона, в котором нефть на поверхности и в порах выгруженного катализатора подвергают усиленной промывке в циклоне, в условиях механического отделяющего действия в поле действия высокоскоростного усилия сдвига, в поле циклона, и под действием центробежной десорбирующей силы, возникающей при высокоскоростном вращении частиц катализатора, на загрязняющие вещества в порах.

В настоящем изобретении частицы выгруженного катализатора на стадии (А) вращаются с высокой скоростью в поле циклона, чтобы обновить покрытую тяжелыми углеводородами поверхность частицы катализатора и усилить активные центры катализатора для достижения активации катализатора в потоке.

В настоящем изобретении, на стадии (В), осуществляют отгонку растворителя в поле циклона, при которой высокоскоростное вращение частиц в поле циклона ускоряет обновление контактной поверхности раздела между растворителем на поверхности частицы и потоком газа, для усиления процесса отгонки с целью удаления растворителя; при этом газ представляет собой азот, водород, сухой газ, низший (low) газ и т.д., а температура составляет 200-400°С.

В настоящем изобретении, на стадии (С), поток газа имеет циклически пульсирующий расход; где, исходя из принципа распределения по ускорению в пульсирующем газе (катализаторы, имеющие различную активность, имеют различные плотности частиц и различные ускорения в поле пульсирующего потока газа, так что их траектории движения и смещения будут различными), в итоге осуществляют эффективное разделение высокоактивного катализатора и малоактивного катализатора.

В настоящем изобретении, на стадии (D), высокоактивный катализатор отделяют и улавливают в газовой фазе на основании принципа высокоэффективного циклонного разделения; и данный процесс имеет коэффициент разделения, в тысячи раз превышающий коэффициент разделения при осаждении под действием силы тяжести, так что после разделения газовая фаза не содержит частиц катализатора; и в то же время высокоскоростное вращение частиц катализатора в циклоне дополнительно усиливает отгонку растворителя.

Во втором аспекте данного изобретения предложено устройство для обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора; при этом устройство включает:

резервуар для загрузки/выгрузки катализатора и промывное устройство с циклонной активацией, соединенное с резервуаром для загрузки/выгрузки катализатора, для циклонной промывки и активации в потоке выгруженного катализатора, на стадии (А);

резервуар для десорбционной отгонки в циклоне, соединенный с промывным устройством с циклонной активацией, для отгонки растворителя из катализатора при вращении в циклоне, на стадии (В);

сортирующее устройство с ускорением газового потока, соединенное с резервуаром для десорбционной отгонки в циклоне, и генератор пульсирующего потока газа, соединенный с сортирующим устройством с ускорением газового потока, для сортировки с ускорением газового потока высокоактивного катализатора, на стадии (С);

резервуар для хранения высокоактивного агента, соединенный с сортирующим устройством с ускорением газового потока, для повторной отгонки в циклоне и улавливания частиц высокоактивного катализатора, на стадии (D); и

газоочиститель, соединенный с резервуаром для хранения высокоактивного агента, для охлаждения газа и удаления растворителя посредством конденсации, на стадии (Е).

В данном изобретении как в резервуаре для загрузки/выгрузки катализатора, так и в промывном устройстве с циклонной активацией, расположен гидроциклон; при этом высокоскоростное вращение частиц в циклоне позволяет осуществить усиленную промывку и активацию катализатора в потоке.

В настоящем изобретении сортирующее устройство с ускорением газового потока включает впускное отверстие для катализатора, впускное отверстие для потока газа, распределительную пластину для потока газа, выпускное отверстие (верхнее) для высокоактивного агента и выпускное отверстие (нижнее) для малоактивного агента.

В настоящем изобретении генератор пульсирующего потока газа позволяет генерировать пульсирующий поток газа в сортирующем устройстве с ускорением газового потока, где максимальный расход газового потока является таким, что максимальная скорость газового потока в сортирующей колонне находится между конечной скоростью свободного осаждения частиц высокоактивного катализатора и конечной скоростью свободного осаждения частиц малоактивного катализатора; и под действием пульсирующего потока газа и под действием пульсирующего потока газа у малоактивных частиц, имеющих более высокую плотность, отрицательное смещение (за положительное принято направление снизу вверх) превышает положительное смещение, что приводит к результирующему смещению, которое является отрицательным, и эти частицы перемещаются сверху вниз, непосредственно от выпускного отверстия (нижнего) для малоактивного агента к резервуару для хранения малоактивного агента; при этом у высокоактивных частиц, имеющих более низкую плотность, положительное смещение превышает отрицательное смещение, что приводит к результирующему смещению, которое является положительным, и их выгружают из выпускного отверстия (верхнего) для высокоактивного катализатора, вместе с потоком газа.

В настоящем изобретении генератор пульсирующего потока газа представляет собой регулятор потока, способный регулировать расход газа в трубопроводе в форме синусоидальной или косинусоидальной волны; например, он представляет собой импульсный клапан переменной частоты, и т.д.

В данном изобретении трубопроводный подогреватель нагревает газовый поток в резервуаре для десорбционной отгонки в циклоне до 200-400°С, чтобы можно было провести усиленную циклоном отгонку растворителя, увлеченного частицами катализатора после циклонной промывки, для удаления увлеченного растворителя.

В настоящем изобретении циклонный сепаратор типа газ-твердое вещество расположен в резервуаре для хранения высокоактивного агента, чтобы можно было усилить повторную отгонку при вращении, а также циклонное разделение и улавливание высокоактивного катализатора, увлеченного газовым потоком, что приводит к получению сухих частиц высокоактивного катализатора для повторного использования, при этом улавливание катализатора имеет эффективность выше 99%.

В настоящем изобретении для охлаждения газа применяют газоочиститель, чтобы сконденсировать растворитель, увлеченный газом, и отделить его от газа, получая при этом чистый газ, пригодный для рециркуляции.

Теперь будет сделана ссылка на сопровождающие чертежи.

Фиг. 1 изображает технологическую схему обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора по одному из предпочтительных воплощений настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, устройство использует два реактора 1, 2 с псевдоожиженным слоем, соединенных последовательно. Добавление свежего катализатора посредством дозирующего резервуара 3 для катализатора (загрузка), перемещение катализатора через два указанных реактора и выпуск катализатора (выгрузка) осуществляют посредством резервуара 4 для загрузки/выгрузки катализатора. При обработке выгруженного катализатора выгруженный из реакторов катализатор транспортируют посредством дизельного топлива и подают в резервуар 4 для загрузки/выгрузки катализатора, в котором выгруженный катализатор предварительно промывают и активируют в поле циклона, находящегося в резервуаре 4 для загрузки/выгрузки катализатора. После этого выгруженный катализатор переносят, посредством бензина, дизельного топлива или органического растворителя, который является сходным с асфальтенами, смолами и тяжелыми ароматическими веществами, содержащимися в выгруженном катализаторе, и растворяет их, и подают в промывное устройство 5 с циклонной активацией. В промывном устройстве 5 с циклонной активацией нефть на поверхности и в порах выгруженного катализатора, подвергают усиленной циклонной промывке, в условиях механического отделяющего действия в высокоскоростном поле усилия сдвига, а также центробежного десорбирующего действия, которое оказывает высокоскоростное вращение частиц катализатора на загрязняющие вещества в порах. В то же время покрытая тяжелыми углеводородами поверхность частиц катализатора обновляется, и усиливаются активные центры катализатора; таким образом достигают активации катализатора в потоке. После промывки нефтяную фазу выгружают совместно с растворителем из переточного отверстия в верхней части промывного устройства 5 с циклонной активацией, для регенерации или переработки. После промывки частицы катализатора, увлекающие часть растворителя, поступают в резервуар 7 для десорбционной отгонки в циклоне. Трубопроводный подогреватель 6 нагревает поток газа в резервуаре 7 для десорбционной отгонки в циклоне до 200-400°С. Под усиливающим действием циклонного поля, при вращении, достигают отгонки растворителя за счет десорбции. Частицы катализатора, с которых был удален растворитель, поступают в сортирующее устройство 9 с ускорением газового потока. Генератор 8 пульсирующего потока газа регулирует расход газа в сортирующем устройстве 9 с ускорением газового потока в форме импульса синусоидальной или косинусоидальной формы. В качестве газа для сортировки используют азот. В сортирующем устройстве 9 с ускорением газового потока малоактивный катализатор, у которого плотность больше, имеет при пульсации результирующее смещение, которое является отрицательным, и, таким образом, падает прямо на дно сортирующего устройства 9 с ускорением газового потока и поступает в резервуар 10 для хранения малоактивного агента. Высокоактивный катализатор, у которого плотность ниже, имеет при пульсации результирующее смещение, которое является положительным, и, таким образом, проходит через выпускное отверстие в верхней части сортирующего устройства 9 с ускорением газового потока, вместе с потоком газа, и поступает в резервуар 11 для хранения высокоактивного агента. В резервуаре 11 для хранения высокоактивного агента поток газа, несущий частицы высокоактивного катализатора, эффективно разделяют в циклоне, с получением частиц высокоактивного катализатора, которые возвращают в реактор для повторного использования, в то время как газовый поток, несущий растворитель, поступает в газоочиститель 13. В газоочистителе 13 газ охлаждают с помощью холодильной установки 15, в то время как увлеченный газом растворитель конденсируют с помощью насоса 14 системы охлаждения. Полученный растворитель направляют на регенерацию или переработку, в то время как очищенный газ рециркулируют с помощью вентилятора 12 для циркуляции.

Примеры

Изобретение будет дополнительно проиллюстрировано со ссылкой на следующие конкретные примеры. Тем не менее, следует принимать во внимание, что эти примеры приведены только для иллюстрации данного изобретения, без ограничения объема данного изобретения. Способы проведения испытаний в последующих примерах, для которых не указаны конкретные условия, обычно будут проводить при типичных условиях, или при условиях, предлагаемых изготовителями. Если не указано иное, все доли представляют собой массовые доли, и все проценты представляют собой массовые проценты.

Пример 1:

В блоке гидрогенизации кубового остатка с псевдоожиженным слоем производительностью 2,60 млн тонн/год нефтесодержащий выгруженный катализатор обрабатывали, сортировали и направляли на повторное использование с применением способа и устройства по изобретению. Конкретный технологический процесс и результаты описаны следующим образом:

1. Характеристики выгруженного катализатора.

Катализатор, выгруженный из реактора, содержал компоненты кубового остатка, парафиновое масло и дизельное топливо. Ежедневное потребление свежего катализатора составляло 7354 кг/день. Равновесная активность выгруженного катализатора составляла 54% от активности свежего катализатора, при этом по меньшей мере у половины частиц выгруженного катализатора активность была высокой (>80% от активности свежего катализатора). При превращении компонентов нефти в дизельное топливо, выгруженный катализатор имеет состав, приведенный в Таблице 1.

2. Методика

В соответствии с настоящим изобретением, методика была следующей:

В этом примере растворитель представлял собой бензин; в качестве газа для десорбционной отгонки растворителя из катализатора в циклоне и для сортировки высокоактивного катализатора при ускорении газового потока был выбран азот.

(1) Катализатор, выгруженный из резервуара 4 для загрузки/выгрузки катализатора, транспортировали бензином в соотношении 1:20 (выгруженный катализатор: бензин), и подавали в промывное устройство 5 с циклонной активацией. После промывки нефть на поверхности и в порах катализатора, переходила в бензин, и ее возвращали через переточное отверстие в верхней части промывного устройства с циклонной активацией в реактор для переработки. После удаления нефти и активации в потоке частицы катализатора, увлекающие небольшое количество бензина, оседали на дно и поступали в резервуар 7 для десорбционной отгонки растворителя в циклоне.

(2) Трубопроводный подогреватель 6 использовали для нагревания азота до температуры 280°С, при которой легкий бензин, адсорбированный на частицах катализатора, поступающих в резервуар 7 для осуществления десорбционной отгонки растворителя в циклоне, подвергали десорбционной отгонке в циклоне, чтобы десорбировать увлеченный бензин и придать выгруженному катализатору вид отдельных частиц. Катализатор подавали в сортирующее устройство 9 с ускорением газового потока.

(3) Для регулирования расхода газа в виде синусоидального импульса в сортирующем устройстве 9 с ускорением газового потока применяли генератор 8 пульсирующего потока газа, чтобы отсортировать частицы высокоактивного катализатора. Частицы малоактивного катализатора, имеющие более высокую плотность, падали на дно сортирующего устройства 9 с ускорением газового потока и соскальзывали в резервуар 10 для хранения малоактивного агента, из которого частицы малоактивного катализатора в дальнейшем транспортировали за пределы установки, для размещения выгруженного катализатора в виде отходов. Частицы высокоактивного катализатора, имеющие меньшую плотность, выгружали вместе с газом из верхней части и направляли в резервуар 11 для хранения высокоактивного агента, для отделения твердого вещества от газа, с целью получения частиц высокоактивного катализатора для рециркуляции.

(4) Газообразная среда для сушки и сортировки с помощью потока газа в основном представляла собой смесь азота и легких углеводородов. Смесь поступала в газоочиститель 13 для очистки азота, а легкие углеводороды извлекали.

3. Результаты

(1) Эффект удаления нефти

После того, как свободную нефть удалили путем отстаивания и декантации, общее процентное содержание нефти в выгруженном катализаторе составляло 29,80%, при этом поверхностная нефть, находящаяся на поверхности частиц катализатора, составляла 9,32%; капиллярная нефть в промежутках между частицами катализатора составляла 7,46%; и поровая нефть в микропорах частиц катализатора составляла 13,11%. После дополнительного удаления нефти посредством вращения в циклоне, обдувки азотом и сушки, общее процентное содержание нефти было снижено до 1,28%, при этом поверхностную и капиллярную нефть удалили полностью, в то время как эффективность удаления поровой нефти достигала 90,2%. Фиг. 2 показывает содержание нефти в выгруженном катализаторе до и после обработки катализатора. Если применять способ и устройство по данному изобретению для обработки и рециркуляции катализатора, выгруженного из блока с псевдоожиженным слоем для гидрогенизации кубового остатка, с производительностью 2,60 млн тонн/год, можно извлечь 1300 тонн дизельного топлива в год, что эквивалентно экономии на стоимости нефти 4,90 млн юаней в год, в расчете на цену дизельного топлива 3770 юаней/тонну. Кроме того, был внесен вклад в защиту окружающей среды.

(2) Эффект активации

На фиг. 3 приведены рентгенограммы четырех видов частиц катализатора: подложки катализатора, выгруженного малоактивного катализатора, выгруженного высокоактивного катализатора и обработанного в циклоне выгруженного катализатора. Активным веществом, нанесенным на подложку катализатора, был сульфид никеля. Как показано на рентгенограммах активированных частиц катализатора, из которых нефть была удалена при вращении в циклоне, дифракционные пики Ni и Ni₂S₃ имеют значительно большие интенсивности, чем у непосредственно выгруженных частиц высокоактивного катализатора. Этот результат демонстрирует, что смолы и тяжелые углеводороды, налипшие на поверхности и в порах частиц выгруженного высокоактивного катализатора, были десорбированы после десорбции в циклоне, и эффективные активные центры катализатора снова стали доступными. Подвергая частицы катализатора десорбции в циклоне, получали физическую активацию частиц выгруженного катализатора.

(3) Эффект сортировки катализатора с высокой активностью.

При использовании катализатора для гидрогенизации в псевдоожиженном слое в порах катализатора постепенно осаждаются отложения углерода, металла, тяжелых углеводородов и т.п., так что каналы микропор блокируются, и активность постепенно снижается. Следовательно, активность катализатора прямо пропорциональна объему пор катализатора, то есть обратно пропорциональна плотности частицы катализатора. Катализатор с более высокой активностью имеет меньшую плотность частиц, в то время как катализатор с более низкой активностью имеет большую плотность частиц. В нижеприведенной Таблице 2 указаны плотности частиц катализаторов, имеющих различные активности.

Фиг. 4 показывает эффект сортировки катализаторов, имеющих различные активности в псевдоожиженном слое, с использованием способа и устройства по настоящему изобретению. Например, в отношении катализатора со 100% активностью и катализатора с 25% активностью общий эффект сортировки достигает 85,7%, и извлечение катализатора с высокой активностью (легкая фаза) достигает 83,4%. При обработке и рециркуляции катализатора, выгруженного из блока гидрогенизации кубового остатка с псевдоожиженным слоем, с производительностью 2,60 млн. т/год, можно извлечь 400 тонн/год частиц катализатора, имеющих активность выше 80% от активности нового катализатора. В результате потребление свежего катализатора можно снизить на 300 тонн/год, а образование опасных отходов от блока в целом можно снизить на 30%.

Осуществление этой технологии может эффективно снизить эксплуатационные расходы процесса, сэкономить ресурсы, защитить окружающую среду и удовлетворить стратегическому направлению нефтехимической промышленности, направленному на «низкоуглеродистое, экологичное, эффективное, энергосберегающее» устойчивое развитие.

Вышеприведенные примеры представляют собой лишь предпочтительные примеры изобретения и предполагают, что они не ограничивают объем данного изобретения. Все эквивалентные изменения и модификации по изобретению, произведенные в объеме данной заявки на изобретение, входят в технический объем данного изобретения.

Все документы, упомянутые в патентном описании, включены в текст описания посредством ссылки, как если бы каждый из них был индивидуально включен в текст описания посредством ссылки. Дополнительно следует понимать, что после прочтения вышеизложенной концепции изобретения специалист может осуществить различные изменения или модификации данного изобретения, и эти эквивалентные изменения также входят в объем, определенный в прилагаемой формуле изобретения данной патентной заявки.

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу обработки, сортировки и рециркуляции нефтесодержащего выгруженного катализатора, включающему следующие стадии: (А) циклонную промывку растворителем и активацию выгруженного катализатора в потоке: содержащиеся в выгруженном катализаторе асфальтены, смолы и тяжелые ароматические соединения подвергают циклонной промывке для достижения активации катализатора в потоке, в котором циклонная промывка основана на принципе «подобное растворяется в подобном», и применяемым растворителем является бензин, дизельное топливо или органический растворитель, сходный с содержащимися в выгруженном катализаторе асфальтенами, смолами и тяжелыми ароматическими соединениями и растворяющий их; (В) отгонку растворителя из катализатора при вращении в циклоне: полученные на стадии (А) частицы катализатора подвергают усиленной отгонке при высокой температуре, при вращении в газовом циклоне, для удаления растворителя, увлеченного катализатором; (С) сортировку высокоактивного катализатора по ускорению в газовом потоке: частицы высокоактивного катализатора отсортировывают от катализатора, полученного на стадии (В), на основе кинематической закономерности, согласно которой высокоактивный катализатор и малоактивный катализатор имеют различные результирующие импульсные направления смещения в поле пульсирующего потока газа из-за различия в плотности их частиц; (D) повторную отгонку в циклоне и улавливание частиц высокоактивного катализатора: частицы высокоактивного катализатора, выгруженные вместе с потоком газа после сортировки на стадии (С), дополнительно подвергают усиленной отгонке растворителя при вращении в циклоне, одновременно производя улавливание частиц катализатора в циклоне, для рециркуляции частиц высокоактивного катализатора; и (Е) охлаждение газа и удаление растворителя посредством конденсации: после улавливания в циклоне на стадии (D) поток газа охлаждают, а увлеченный растворитель конденсируют, с получением чистого газа для циркуляции. Изобретение также относится к устройству для применения в вышеописанном способе. Технический результат заключается в разработке эффективного, экологичного, энергосберегающего, простого в исполнении способа и соответствующего устройства для обработки нефтесодержащего выгруженного катализатора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 1 пр.

Формула