BR112020024668B1 - Método para desidrogenar uma corrente de alimentação para produzir um ou mais produtos de olefina - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA DESIDROGENAR UMA CORRENTE DE ALIMENTAÇÃO PARA PRODUZIR UM OU MAIS PRODUTOS DE OLEFINA. De acordo com uma ou mais modalidades presentemente divulgadas, um método para processar uma corrente química pode incluir colocar uma corrente de alimentação em contato com um catalisador em uma porção de reator de um sistema de reator que inclui uma porção de reator e uma porção de processamento de catalisador. O contato da corrente de alimentação com o catalisador pode causar uma reação que forma um efluente. O método pode incluir separar a corrente de efluente do catalisador, passar o catalisador para a porção de processamento de catalisador e processar o catalisador na porção de processamento de catalisador. O processamento do catalisador pode incluir passar o catalisador para um combustor, queimar uma corrente de combustível suplementar no combustor para aquecer o catalisador e tratar o catalisador aquecido com um gás contendo oxigênio. A corrente de combustível suplementar pode incluir pelo menos 1% em mol de um ou mais hidrocarbonetos e uma razão em peso de catalisador para hidrocarbonetos no combustor pode ser de pelo menos 300:1.
Description
[0001] A presente divulgação geralmente se refere a sistemas de processamento químico e a operação dos mesmos e, mais especificamente, a processos nos quais o processamento do catalisador inclui a combustão de uma corrente de combustível suplementar.
[0002] Olefinas leves podem ser utilizadas como materiais de base para produzir muitos tipos de produtos e materiais. Por exemplo, o etileno pode ser utilizado para fabricar polietileno, cloreto de etileno ou óxidos de etileno. Tais produtos podem ser utilizados em embalagem de produtos, construção, produtos têxteis, etc. Desse modo, há uma demanda industrial de olefinas leves, tais como etileno, propileno e buteno.
[0003] As olefinas leves podem ser produzidas por diferentes processos de reação dependendo da dada corrente de alimentação química, tal como uma corrente de produto de uma operação de refino de óleo bruto. Muitas olefinas leves podem ser produzidas através de processos catalíticos, como por meio de desidrogenação catalítica, por exemplo, nos quais a corrente de alimentação é colocada em contato com um catalisador fluidizado que facilita a conversão da corrente de alimentação nas olefinas leves.
[0004] Há uma necessidade contínua de processos aprimorados para sistemas de reatores para processamento de correntes químicas para produzir olefinas leves ou outros produtos químicos. Em particular, os processos podem incluir métodos melhorados para aquecer o catalisador através da combustão de fontes de combustível suplementares. Muitos sistemas de reator para processamento de correntes químicas para produzir olefinas leves e outros produtos químicos utilizam catalisador quente, como aqueles que foram aquecidos a temperaturas superiores a 350 °C. O catalisador pode ser circulado através de sistemas de reator fluidizado, tal como através de uma parte do reator (na qual os produtos químicos são feitos) e através de uma parte de processamento do catalisador (na qual o catalisador é processado, tal como, porém sem limitação, remoção de coque, aquecimento do catalisador, reativação do catalisador, outras operações de processamento de catalisador ou combinações destes).
[0005] Em sistemas de reator fluidizado endotérmico, o sistema de reator inclui uma fonte de calor para conduzir o processo. Por exemplo, nas reações de craqueamento catalítico fluidizado ("FCC"), o coque gerado pela reação e depositado no catalisador pode ser queimado em um combustor da porção de processamento de catalisador para fornecer uma grande parte do calor para conduzir o processo de reação. No entanto, alguns processos de reação para a produção de olefinas leves são endotérmicos e requerem entrada de calor no sistema para propagar as reações catalíticas e prover as outras demandas de calor no sistema. Os depósitos de coque no catalisador podem ser queimados durante o processamento do catalisador, mas o calor fornecido pela combustão dos depósitos de coque pode não ser suficiente para propagar as reações endotérmicas. Combustíveis suplementares podem ser introduzidos durante a regeneração do catalisador para aumentar a entrada de calor no sistema de reação.
[0006] Por exemplo, como outra modalidade não limitante, em sistemas de reator de desidrogenação catalítica fluidizada (FCDh), um combustível suplementar pode ser adicionado ao combustor para fornecer o calor para a reação endotérmica juntamente com a combustão de uma quantidade relativamente pequena de coque da reação. Os combustíveis suplementares podem incluir proporções significativas de metano e/ou outros hidrocarbonetos devido ao custo acessível do metano e sua eficiência energética em temperaturas relativamente altas, como as do catalisador durante a operação (por exemplo, temperaturas acima de 650 °C). No entanto, a combustão de combustíveis suplementares que incluem principalmente metano e outros hidrocarbonetos (por exemplo, maior ou igual a 50% em mol de metano e outros hidrocarbonetos) durante o processamento do catalisador pode levar à redução da atividade do catalisador, como um catalisador que inclui platina, gálio, ou ambos, por exemplo.
[0007] A atividade reduzida dos catalisadores pode diminuir a conversão que pode ser alcançada pelo catalisador. Em alguns sistemas de reator fluidizado que utilizam combustíveis suplementares que incluem principalmente metano e outros hidrocarbonetos, a produtividade do sistema de reator pode ser mantida aumentando a quantidade do catalisador no sistema de reator ou aumentando a quantidade de metal ativo, como platina, gálio, ou ambos, no catalisador. No entanto, aumentar a quantidade de metal ativo, como platina, gálio ou ambos, no sistema de reator pode aumentar os custos operacionais do sistema de reator.
[0008] Portanto, há uma necessidade contínua de sistemas e processos de reator que aumentem a conversão de uma alimentação química reduzindo-se a desativação do catalisador. Em particular, há uma necessidade contínua de sistemas e métodos de reator que incluam a combustão de combustíveis suplementares e reduzam a extensão da desativação dos catalisadores durante o processo de combustão antes da reativação do catalisador, aumentando assim a atividade do catalisador. A presente divulgação, de acordo com uma ou mais modalidades, é direcionada a processos e sistemas de reator que incluem a combustão de uma corrente de combustível suplementar com um ou mais hidrocarbonetos (por exemplo, metano, gás natural, etc.) em um combustor para aquecer o catalisador. A razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor pode ser de pelo menos 300:1 durante a combustão da corrente de combustível suplementar. Após a combustão, o catalisador pode ser submetido a um tratamento de oxigênio que inclui a exposição do catalisador a um gás contendo oxigênio por um tempo suficiente para reativar o catalisador.
[0009] Foi surpreendente e inesperadamente constatado que operar o combustor com uma razão em peso relativamente alta de catalisador para hidrocarbonetos na corrente de combustível suplementar (por exemplo, maior ou igual a 300:1) pode resultar em maior atividade de desidrogenação do catalisador e um aumento na conversão do sistema de reator em comparação com a operação do combustor com uma razão em peso de catalisador para hidrocarbonetos no combustível suplementar de menos de 300:1 nas mesmas condições de operação (incluindo o mesmo tratamento de oxigênio após a combustão). Além disso, operar o combustor com uma razão em peso relativamente alta de catalisador para hidrocarbonetos na corrente de combustível suplementar (por exemplo, > 300:1) pode resultar em um catalisador com maior vida útil do catalisador e pode permitir que uma conversão alvo seja alcançada com menos estoque total de catalisador no sistema de reator em comparação com o estoque total geral de catalisador necessário para alcançar a mesma conversão alvo quando a razão em peso de catalisador para hidrocarbonetos no combustor for relativamente baixa (por exemplo, < 300:1). Em algumas modalidades, operar o combustor com uma razão em peso relativamente alta de catalisador para hidrocarbonetos (por exemplo, >300:1) pode permitir que o sistema de reator seja operado com menos metal ativo, como platina, gálio ou ambos, no catalisador ou um catalisador mais envelhecido em comparação com sistemas de reator operados em razões em peso mais baixas de catalisador para hidrocarboneto no combustor.
[0010] De acordo com um ou mais aspectos da presente divulgação, um método para desidrogenar uma corrente de alimentação para produzir um ou mais produtos de olefina pode incluir colocar a corrente de alimentação em contato com um catalisador em uma porção de reator de um sistema de reator. O sistema de reator pode incluir um sistema de reator de desidrogenação catalítica fluidizado tendo uma porção de reator e uma porção de processamento de catalisador. O catalisador pode incluir platina, gálio ou ambos. O contato da corrente de alimentação com o catalisador pode causar uma reação que forma uma corrente de efluente compreendendo o um ou mais produtos de olefina. O método pode incluir adicionalmente separar pelo menos uma porção da corrente do produto do catalisador, passar o catalisador para uma porção de processamento de catalisador do sistema de reator e processar o catalisador na porção de processamento de catalisador do sistema de reator. O processamento do catalisador pode incluir passar o catalisador para um combustor da porção de processamento de catalisador, queimar uma corrente de combustível suplementar no combustor para aquecer o catalisador e tratar o catalisador aquecido com um gás contendo oxigênio (tratamento com oxigênio) para produzir um catalisador reativado. A corrente de combustível suplementar pode incluir pelo menos 1% em mol de um ou mais hidrocarbonetos e uma razão em peso do catalisador para um ou mais hidrocarbonetos no combustor pode ser de pelo menos 300:1. O método pode incluir ainda a passagem do catalisador reativado da porção de processamento de catalisador para a porção do reator do sistema de reator.
[0011] Deve-se entender que tanto o breve sumário anterior quanto a descrição detalhada a seguir apresentam modalidades da tecnologia e visam fornecer uma visão geral ou estrutura para entender a natureza e o caráter da tecnologia conforme é reivindicada. Os desenhos anexos são incluídos para fornecer um entendimento adicional da tecnologia e são incorporados no presente relatório descritivo e constituem parte do mesmo. Os desenhos ilustram várias modalidades e, junto da descrição, servem para explicar os princípios e operações da tecnologia. Adicionalmente, os desenhos e as descrições se destinam a ser meramente ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo das reivindicações de modo algum.
[0012] Características e vantagens adicionais da tecnologia divulgada no presente documento serão estabelecidas na descrição detalhada a seguir e, em parte, serão prontamente evidentes para as pessoas versadas na técnica a partir da descrição ou reconhecidas praticando a tecnologia conforme descrito no presente documento, incluindo a descrição detalhada a seguir, as reivindicações, assim como os desenhos anexos.
[0013] A descrição detalhada a seguir de modalidades específicas da presente divulgação pode ser mais bem entendida quando lida em combinação com desenhos a seguir, em que uma estrutura semelhante é indicada com numerais de referência similares e nos quais:
[0014] A Figura 1 representa esquematicamente um sistema de reator de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;
[0015] A Figura 2 representa esquematicamente um fluxograma de sistema de reator de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;
[0016] A Figura 3 representa esquematicamente outro fluxograma de sistema de reator de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;
[0017] A Figura 4 representa esquematicamente outro fluxograma de sistema de reator de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;
[0018] A Figura 5 representa esquematicamente um gráfico de conversão de propano (eixo y) como uma função da razão em peso de catalisador para metano no combustor (eixo x) para um sistema de reator de desidrogenação catalítica fluidizado em que a corrente de combustível suplementar inclui metano e/ou hidrogênio, de acordo com uma ou mais modalidades descritas neste documento.
[0019] Deve ser entendido que os desenhos são de natureza esquemática e não incluem alguns componentes de um sistema de reator empregado comumente na técnica, tal como, sem limitação, transmissores de temperatura, transmissores de pressão, medidores de fluxo, bombas, válvulas e semelhantes. Seria conhecido que estes componentes estão dentro do espírito e escopo das presentes modalidades divulgadas. No entanto, componentes operacionais, tal como aqueles descritos na presente divulgação, podem ser adicionados às modalidades descritas nesta divulgação.
[0020] Será feita referência agora em mais detalhes a várias modalidades, algumas modalidades das quais são ilustradas nos desenhos anexos. Sempre que possível, os mesmos numerais de referência serão usados em todos os desenhos para se referir às mesmas peças ou a peças semelhantes.
[0021] Várias modalidades da presente divulgação são descritas na descrição detalhada que se segue. A presente divulgação é direcionada a métodos para processar correntes químicas em sistemas de reator utilizando uma corrente de combustível suplementar para aquecer o catalisador. Em particular, a presente divulgação é direcionada a métodos para desidrogenar uma corrente de alimentação para produzir um ou mais produtos de olefina em que uma corrente de combustível suplementar que inclui um ou mais hidrocarbonetos é queimada em uma relação de peso de catalisador para hidrocarboneto relativamente alta (por exemplo, >300:1) em uma porção de processamento de catalisador do sistema de reator para aquecer pelo menos parcialmente o catalisador. O método para desidrogenar uma corrente de alimentação para produzir um ou mais produtos de olefina pode incluir colocar uma corrente de alimentação em contato com um catalisador em uma porção de reator de um sistema de reator. O sistema de reator pode incluir um sistema de reator de desidrogenação catalítica fluidizado tendo uma porção de reator e uma porção de processamento de catalisador. O catalisador pode incluir platina, gálio ou ambos. O contato da corrente de alimentação com o catalisador pode causar uma reação que forma uma corrente de efluente compreendendo o um ou mais produtos de olefina. O método pode incluir adicionalmente separar pelo menos uma porção da corrente do produto do catalisador, passar o catalisador para uma porção de processamento de catalisador do sistema de reator e processar o catalisador na porção de processamento de catalisador do sistema de reator. O processamento do catalisador pode incluir passar o catalisador para um combustor da porção de processamento de catalisador, queimar uma corrente de combustível suplementar no combustor para aquecer o catalisador e tratar o catalisador aquecido com um gás contendo oxigênio para produzir um catalisador reativado. A corrente de combustível suplementar pode incluir pelo menos 1% em mol de um ou mais hidrocarbonetos e uma razão em peso do catalisador para um ou mais hidrocarbonetos no combustor pode ser de pelo menos 300:1. O método pode incluir ainda a passagem do catalisador reativado da porção de processamento de catalisador para a porção do reator do sistema de reator.
[0022] Operar o combustor do sistema de reator a uma razão em peso do catalisador para o hidrocarboneto maior ou igual a 300:1 durante a combustão da corrente de combustível suplementar para aquecer o catalisador durante o processamento do catalisador mostrou aumentar a conversão de reagentes no sistema de reator em comparação com operar o combustor em razões em peso de catalisador para hidrocarboneto menores que 300:1. Essa alta atividade catalítica do catalisador pode resultar no aumento da vida útil do catalisador no sistema de reator e pode permitir o aumento da capacidade da unidade do sistema de reator. A maior atividade do catalisador resultante da manutenção de uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor maior ou igual a 300:1 pode permitir que o sistema de reator opere com menos metal ativo, como platina, gálio ou ambos, no reator sistema (por exemplo, menor estoque de catalisador, menos metal ativo no catalisador, utilização de catalisador mais envelhecido ou combinações dos mesmos).
[0023] Conforme usado neste documento, o termo "sistema de reator fluidizado" se refere a um sistema de reator no qual um ou mais reagentes são colocados em contato com um catalisador em um regime de fluidização, tal como regime de borbulhamento, regime de fluxo lento, regime turbulento, regime de fluidização rápida, regime de transporte pneumático, ou combinações dos mesmos em diferentes porções do sistema de reator. Por exemplo, em um sistema de reator fluidizado, uma corrente de alimentação contendo um ou mais reagentes pode ser colocada em contato com o catalisador circulante a uma temperatura operacional para conduzir uma reação contínua para produzir a corrente de produto.
[0024] Tal como utilizado neste documento, "reação contínua" pode referir-se a uma reação química conduzida fornecendo-se reagentes, catalisador ou combinações dos mesmos e retirando produtos de um reator ou zona de reação sob condições de estado substancialmente estacionário continuamente ao longo de um período de tempo, que é definido por um início da reação no início do período de tempo e cessação da reação no final do período de tempo. Assim, a operação dos sistemas de reator descritos neste documento pode incluir o início da reação, a reação contínua e a cessação da reação.
[0025] Conforme usado neste documento, "catalisador desativado" pode se referir a um catalisador com atividade catalítica diminuída resultante do acúmulo de coque e/ou perda de sítios ativos do catalisador.
[0026] Conforme usado neste documento, "atividade catalítica" ou "atividade do catalisador" pode se referir ao grau em que o catalisador é capaz de catalisar as reações conduzidas no sistema de reator.
[0027] Tal como utilizado neste documento, "processamento de catalisador" pode referir-se à preparação do catalisador para reintrodução na porção do reator do sistema do reator e pode incluir a remoção de depósitos de coque a partir do catalisador, aquecimento do catalisador, reativação do catalisador, remoção de um ou mais constituintes do catalisador, outras operações de processamento ou qualquer combinação destes.
[0028] Conforme usado neste documento, "catalisador processado" pode se referir ao catalisador que foi processado na porção de processamento de catalisador do sistema de reator.
[0029] Conforme usado neste documento, "reativação do catalisador" ou “reativar o catalisador" pode referir-se ao processamento do catalisador que foi pelo menos parcialmente desativado para restaurar pelo menos uma parte da atividade do catalisador para produzir um catalisador reativado. O catalisador que foi pelo menos parcialmente desativado pode ser reativado, porém sem limitação, recuperando-se a acidez do catalisador, oxidando-se o catalisador, por outro processo de reativação ou combinações dos mesmos. Por exemplo, em algumas modalidades, a reativação do catalisador pode incluir o tratamento do catalisador com um gás contendo oxigênio por um período superior a 2 minutos.
[0030] Conforme usado neste documento, "combustível suplementar" pode se referir a qualquer fonte de combustível introduzida na porção de processamento de catalisador do sistema de reator para facilitar a remoção de coque do catalisador e/ou o aquecimento do catalisador. O combustível suplementar não inclui o coque depositado no catalisador.
[0031] Conforme discutido anteriormente neste documento, de acordo com uma ou mais modalidades, os métodos e processos divulgados neste documento podem ser utilizados para conduzir uma reação em um sistema de reator para processar uma ou mais correntes químicas. Em exemplos não limitantes, os sistemas de reator divulgados neste documento podem ser utilizados para produzir olefinas leves a partir de correntes de alimentação de hidrocarbonetos por meio da reação contínua das correntes de alimentação de hidrocarbonetos com um catalisador de desidrogenação. Por exemplo, em algumas modalidades, as olefinas leves podem ser produzidas através da desidrogenação de uma corrente de alimentação de hidrocarbonetos na presença de um catalisador que inclui platina, gálio ou ambos em um sistema de reator de desidrogenação catalítica fluidizada (FCDh). Embora os processos e métodos para processar uma corrente química em um sistema de reator sejam descritos neste documento no contexto do processamento de hidrocarbonetos para formar olefinas leves por meio de desidrogenação catalítica fluidizada, deve ser entendido que os processos e métodos divulgados neste documento podem ser utilizados com qualquer sistema de reator que inclui um catalisador com um metal ativo, como platina, gálio, outro metal ativo ou combinações destes, e que inclui o aquecimento do catalisador por combustão de um combustível suplementar. Como tal, os métodos e processos atualmente descritos para o processamento de uma corrente química em um sistema de reator não podem ser limitados apenas a modalidades para sistemas de reator projetados para produzir olefinas leves ou alquil aromáticos por meio de desidrogenação catalítica fluidizada, tal como o sistema de reator na Figura 1.
[0032] Os sistemas e métodos de reator para processar as correntes de produto químico serão agora discutidos em detalhes. A corrente de produto químico que é processada pode ser referida como uma corrente de alimentação, que é processada por uma reação para formar uma corrente de produto. A corrente de alimentação pode compreender uma composição e, dependendo da composição da corrente de alimentação, um catalisador apropriado pode ser utilizado para converter o conteúdo da corrente de alimentação em uma corrente de produto que pode incluir olefinas leves ou outros produtos químicos. Por exemplo, uma corrente de alimentação para um sistema de reator FCDh pode compreender pelo menos um dentre propano, n- butano, iso-butano, etano ou etilbenzeno. No sistema FCDh, a corrente de alimentação pode ser convertida em olefinas leves ou outros produtos por meio de desidrogenação na presença de um catalisador de desidrogenação.
[0033] Em algumas modalidades, o catalisador para conduzir a desidrogenação em um sistema de reator FCDh pode incluir um catalisador que compreende platina, gálio ou ambos. Em algumas modalidades, o catalisador pode incluir ainda um ou mais metais nobres dos Grupos 9 e 10 da tabela periódica IUPAC. Por exemplo, em algumas modalidades, o catalisador pode incluir um ou mais metais nobres escolhidos dentre paládio (Pd), rênio (Rh), irídio (Ir) ou combinações destes. Em algumas modalidades, o catalisador também pode incluir um ou mais metais escolhidos dentre índio (In), germânio (Ge) ou combinações destes. O catalisador também pode incluir um metal promotor, tal como um metal de álcali ou um metal alcalino. Em algumas modalidades, o metal promotor pode ser potássio. Os metais do catalisador podem ser suportados em um carreador. O carreador pode incluir um ou mais óxidos de metal inorgânicos a granel, tais como sílica, alumina, alumina contendo sílica, zircônia (ZrO2), titânia (TO2), outros óxidos de metal ou combinações de óxidos de metal. Em algumas modalidades, o carreador pode incluir um material microporoso, como o zeólito ZSM-5. Os metais catalíticos, tais como platina, gálio, potássio e/ou outros metais cataliticamente ativos, podem ser suportados na superfície do carreador ou incorporados no carreador. Em algumas modalidades, o catalisador pode incluir platina, gálio e, opcionalmente, potássio com suporte em um carreador de alumina contendo sílica.
[0034] Agora, com referência à Figura 1, um sistema de reator exemplificativo 102 é esquematicamente representado. O sistema de reator 102 geralmente inclui uma porção de reator 200 e uma porção de processamento de catalisador 300. Conforme usado no presente documento no contexto da Figura 1, a porção de reator 200 se refere, de modo geral, à porção de um sistema de reator 102 no qual a reação de maior processo ocorre. Por exemplo, o sistema de reator 102 pode ser um sistema de reator FCDh no qual a corrente de alimentação é desidrogenada na presença do catalisador de desidrogenação na porção de reator 200 do sistema de reator 102. A porção de reator 200 compreende um reator 202 que pode incluir uma seção de reator a jusante 230, uma seção de reator a montante 250 e uma seção de separação de catalisador 210, que serve para separar o catalisador dos produtos químicos formados no reator 202.
[0035] Além disso, como utilizado neste documento, a porção de processamento de catalisador 300 do sistema da Figura 1 geralmente se refere à porção de um sistema de reator 102 no qual o catalisador é de alguma forma processado, tal como a remoção de depósitos de coque, aquecimento do catalisador, reativação do catalisador, outras operações de processamento ou combinações destes. Em algumas modalidades, a porção de processamento de catalisador 300 pode incluir um combustor 350, um tubo ascendente 330, uma seção de separação de catalisador 310 e uma zona de tratamento de oxigênio 370. O combustor 350 da porção de processamento de catalisador 300 pode incluir uma ou mais portas de entrada de combustor inferiores 352 e pode estar em comunicação de fluido com o tubo ascendente 330. O combustor 350 pode estar em comunicação de fluido com a seção de separação de catalisador 310 por meio do tubo vertical 426 que pode fornecer catalisador desativado da porção de reator 200 para a porção de processamento de catalisador 300 para processamento de catalisador (por exemplo, remoção de coque, aquecimento, reativação, etc.). A zona de tratamento de oxigênio 370 pode estar em comunicação de fluido com a seção de reator a montante 250 (por exemplo, por meio do tubo vertical 424 e tubo ascendente de transporte 430), que pode fornecer catalisador processado da porção de processamento de catalisador 300 de volta para a porção de reator 200. O combustor 350 pode incluir uma porta de entrada de seção de reator inferior adicional 352 na qual a entrada de ar 428 se conecta ao combustor 350. A entrada de ar 428 pode fornecer ar ou outros gases reativos, como um gás contendo oxigênio para o combustor 350. Ar e/ou outros gases reativos podem ser introduzidos no combustor 350 para auxiliar na combustão da corrente de combustível suplementar. O combustor 350 também pode incluir uma entrada de combustível suplementar 354. A entrada de combustível suplementar 354 pode fornecer uma corrente de combustível suplementar 356 para o combustor 350. A zona de tratamento de oxigênio 370 pode incluir uma entrada de gás contendo oxigênio 372, que pode fornecer um gás contendo oxigênio para a zona de tratamento de oxigênio 370 para tratamento de oxigênio do catalisador.
[0036] Com referência à Figura 1, em algumas modalidades, a porção de processamento de catalisador 300 pode incluir uma reciclagem de catalisador de combustor 440. Em algumas modalidades, a reciclagem do catalisador de combustor 440 pode acoplar fluidamente a seção de separação de catalisador 310 ou a zona de tratamento de oxigênio 370 ao combustor 350. Assim, a seção de separação de catalisador 310 ou a zona de tratamento de oxigênio 370 pode estar em comunicação de fluido com o combustor 350 através da reciclagem de catalisador de combustor 440 para passar o catalisador aquecido ou reativado de volta para o combustor 350. A reciclagem do catalisador de combustor 440 pode incluir um dispositivo de controle (não mostrado) operável para controlar uma taxa de reciclagem do catalisador da seção de separação de catalisador 310 ou zona de tratamento de oxigênio 370 de volta para o combustor 350. Em algumas modalidades, o catalisador aquecido pode ser reciclado da seção de separação de catalisador 310 de volta para o combustor 350 antes de ser reativado na zona de tratamento de oxigênio 370. Em outras modalidades, o catalisador reativado da zona de tratamento de oxigênio 370 pode ser reciclado de volta para o combustor 350 após a reativação na zona de tratamento de oxigênio 370.
[0037] Com referência à Figura 1, a operação geral do sistema de reator 102 para conduzir uma reação contínua será descrita. Durante a operação da porção de reator 200 do sistema de reator 102, a corrente de alimentação pode entrar no tubo ascendente de transporte 430 e a corrente de produto pode sair do sistema de reator 102 através do tubo 420. De acordo com uma ou mais modalidades, o sistema de reator 102 pode ser operado fornecendo-se uma alimentação de produto químico (por exemplo, em um fluxo de alimentação) e um catalisador fluidizado à seção de reator a montante 250. A alimentação química pode entrar em contato com o catalisador na seção de reator a montante 250 e cada uma pode fluir para cima e através da seção de reator a jusante 230 para produzir um produto químico. O produto químico e o catalisador podem ser passados para fora da seção de reator a jusante 230 para um dispositivo de separação 220 na seção de separação de catalisador 210. O catalisador pode ser separado do produto químico no dispositivo de separação 220. O produto químico pode então ser transportado para fora da seção de separação de catalisador 210. Por exemplo, os vapores separados podem ser removidos do sistema de reator 102 por meio de um tubo 420 em uma porta de saída de gás 216 da seção de separação de catalisador 210. De acordo com uma ou mais modalidades, o dispositivo de separação 220 pode ser um sistema de separação ciclônico, que pode incluir dois ou mais estágios de separação ciclônica.
[0038] De acordo com algumas modalidades, após a separação dos vapores no dispositivo de separação 220, o catalisador pode se mover, de modo geral, através do separador 224 até a porta de saída de catalisador 222, em que o catalisador pode ser transferido para fora da porção de reator 200 por meio do tubo vertical 426 e para a porção de processamento de catalisador 300. De modo opcional, o catalisador também pode ser transferido diretamente de volta para a seção de reator a montante 250 por meio do tubo vertical 422. Em algumas modalidades, o catalisador reciclado do separador 224 pode ser pré- misturado com o catalisador processado da porção de processamento de catalisador 300 no tubo ascendente de transporte 430.
[0039] O catalisador separado pode ser passado da seção de separação de catalisador 210 para o combustor 350 da porção de processamento de catalisador 300. O catalisador pode ser processado na porção de processamento de catalisador 300 para remover depósitos de coque, aquecer o catalisador, reativar o catalisador, para outro processamento de catalisador ou qualquer combinação destes. Conforme discutido anteriormente, o processamento do catalisador na porção de processamento de catalisador 300 pode incluir a remoção de depósitos de coque do catalisador, aumento da temperatura do catalisador por meio da combustão da fonte de combustível de combustão, reativação do catalisador, remoção de um ou mais constituintes do catalisador, outro processamento operação, ou combinações destes. Em algumas modalidades, o processamento do catalisador na porção de processamento 300 pode incluir a combustão de uma fonte de combustível de combustão na presença do catalisador no combustor 350 para remover depósitos de coque e/ou aquecer o catalisador para produzir um catalisador aquecido. O catalisador aquecido pode ser separado dos gases de combustão na porção de separação de catalisador 310. Em algumas modalidades, o catalisador aquecido pode então ser reativado conduzindo-se um tratamento com oxigênio do catalisador aquecido. O tratamento com oxigênio pode incluir a exposição do catalisador a um gás contendo oxigênio por um período de tempo suficiente para reativar o catalisador.
[0040] Em algumas modalidades, a fonte de combustível de combustão pode incluir coque ou outros contaminantes depositados no catalisador na porção do reator 200 do sistema de reator 102. Por exemplo, o catalisador pode ser coqueado após as reações na porção inferior de reator 200, e o coque pode ser removido do catalisador (isto é, regenerar o catalisador) por uma reação de combustão 350. Por exemplo, oxidante (tal como ar) pode ser fornecido ao combustor 350 por meio da entrada de ar 428.
[0041] No entanto, como discutido anteriormente, em alguns sistemas de reação, o coque e outros contaminantes depositados no catalisador podem não ser suficientes para aquecer o catalisador a uma temperatura grande o suficiente para realizar as reações endotérmicas na porção do reator 200. Assim, a fonte de combustível de combustão pode incluir ainda a corrente de combustível suplementar 356, que pode ser introduzida no combustor 350 através de uma entrada de combustível suplementar 354. Por exemplo, a corrente de combustível suplementar 356 pode ser injetada no combustor 350 através da entrada de combustível suplementar 354 e queimada para aquecer o catalisador a uma temperatura suficiente para conduzir as reações endotérmicas na parte do reator 200, bem como prover as outras demandas de calor em todo o sistema 102. Em algumas modalidades, nenhum coque pode ser formado no catalisador, de modo que todo o calor para elevar a temperatura do catalisador e/ou para outros requisitos de calor do sistema é fornecido pela corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, gases reativos, como um gás contendo oxigênio (por exemplo, ar) ou outro oxidante, por exemplo, podem ser introduzidos no combustor 350 através da porta de entrada do combustor inferior 352 e podem reagir com o combustível suplementar da corrente de combustível suplementar 356 para promover a combustão do combustível suplementar para aquecer o catalisador para produzir um catalisador aquecido. Conforme usado neste documento, o termo "catalisador aquecido" se refere ao catalisador após o aquecimento por meio da combustão da corrente de combustível suplementar 356, sendo que o catalisador tem uma temperatura maior do que o catalisador passado da seção de separação de catalisador 210 para a porção de processamento de catalisador 300 do reator sistema 102.
[0042] Referindo-se à Figura 1, o catalisador processado pode ser passado para fora do combustor 350 e através do tubo ascendente 330 para um separador de terminação de tubo ascendente 378, no qual o gás de combustão e os componentes sólidos do tubo ascendente 330 podem ser separados pelo menos parcialmente. O vapor e os sólidos restantes podem ser transportados para um dispositivo de separação secundário 320 na seção de separação de catalisador 310 na qual o catalisador restante é separado dos gases do processamento de catalisador (por exemplo, gases emitidos pela combustão de depósitos de coque e combustível suplementar). Em algumas modalidades, o dispositivo de separação secundária 320 pode incluir uma ou uma pluralidade de unidades de separação de ciclone, que podem ser dispostas em série ou em múltiplos pares de ciclones. Os gases de combustão da combustão de coque e/ou da corrente de combustível suplementar 356 durante o processamento do catalisador ou outros gases introduzidos no catalisador durante o processamento do catalisador podem ser removidos da porção de processamento de catalisador 300 por meio de uma saída de gás de combustão 432.
[0043] Como discutido anteriormente, o processamento do catalisador na porção de processamento de catalisador 300 do sistema de reator 102 pode incluir a reativação do catalisador. A combustão da corrente de combustível suplementar 356 na presença do catalisador para aquecer o catalisador pode desativar ainda mais o catalisador. Assim, em algumas modalidades, o tratamento com oxigênio para reativar o catalisador pode ser conduzido após a combustão da corrente de combustível suplementar 356 para aquecer o catalisador. O condicionamento do catalisador aquecido tratando-se o catalisador aquecido com um gás contendo oxigênio por um período de pelo menos dois minutos pode reativar o catalisador para produzir um catalisador reativado. O gás contendo oxigênio pode incluir um teor de oxigênio de 5% em mol a 100% em mol com base na taxa de fluxo molar total do gás contendo oxigênio. Em algumas modalidades, o catalisador pode ser reativado pelo condicionamento do catalisador por meio de um tratamento com oxigênio. O tratamento com oxigênio do catalisador pode incluir manter o catalisador a uma temperatura de pelo menos 660 °C, enquanto o catalisador é exposto a um fluxo de um gás contendo oxigênio por um período de tempo superior a dois minutos e suficiente para produzir um catalisador reativado com uma atividade catalítica que é maior do que o catalisador aquecido após ser aquecido pela combustão da corrente de combustível suplementar 356.
[0044] Com referência à Figura 1, o tratamento do catalisador aquecido com o gás contendo oxigênio pode ser conduzido na zona de tratamento de oxigênio 370. Em algumas modalidades, a zona de tratamento de oxigênio 370 pode ser disposta em uma porção a jusante da porção de separação de catalisador 310 da porção de processamento de catalisador 300, de modo que o catalisador aquecido seja separado dos gases de combustão antes de ser exposto ao gás contendo oxigênio durante o tratamento com oxigênio. Em algumas modalidades, a zona de tratamento de oxigênio 370 pode incluir um dispositivo de contato de sólidos de fluido. O dispositivo de contato de sólidos de fluido pode incluir defletores ou estruturas de grade para facilitar o contato do catalisador aquecido com o gás contendo oxigênio. Exemplos de dispositivos de contato de fluido sólido são descritos em mais detalhes na Patente no US 9.827.543 e Patente no US 9.815.040, ambas as quais são incorporadas neste documento a título de referência em sua totalidade.
[0045] Em algumas modalidades, o processamento do catalisador na porção de processamento de catalisador 300 do sistema de reator 102 pode incluir ainda a remoção do catalisador reativado contendo oxigênio de oxigênio molecular aprisionado dentro ou entre as partículas de catalisador e oxigênio fisissorvido que é dessorvível a uma temperatura de pelo menos 660 °C. A etapa de separação pode incluir manter o catalisador reativado contendo oxigênio a uma temperatura de pelo menos 660 °C e expor o catalisador reativado contendo oxigênio a um gás de separação que está substancialmente livre de oxigênio molecular e abastecer combustíveis por um período de tempo para remover o oxigênio molecular entre as partículas e o oxigênio fisissorvido que é dessorvível na temperatura de pelo menos 660 °C. Descrições adicionais desses processos de reativação de catalisador são divulgadas na Patente no US 9.834.496, que é incorporada a título de referência na presente divulgação em sua totalidade.
[0046] Após o processamento do catalisador, o catalisador processado pode ser passado da parte de processamento do catalisador 300 de volta para a parte do reator 200 por meio do tubo vertical 424. Por exemplo, em algumas modalidades, o catalisador processado pode ser passado da zona de tratamento de oxigênio 370 da porção de processamento de catalisador 300 para a seção de reator a montante 250 por meio do tubo vertical 424 e tubo ascendente de transporte 430, no qual o catalisador processado pode ser ainda utilizado em um catalisador reação. Assim, o catalisador, em operação, pode circular entre a porção de reator 200 e a porção de processamento de catalisador 300. Em geral, as correntes químicas processadas, incluindo as correntes de alimentação e as correntes de produto podem ser gasosas e o catalisador pode ser um sólido de particulado fluidizado.
[0047] Em algumas modalidades, o catalisador aquecido acumulado na seção de separação de catalisador 310 ou o catalisador reativado da zona de tratamento de oxigênio 370 pode ser reciclado de volta para o combustor 350 através da reciclagem de catalisador de combustor 440. A taxa de reciclagem do catalisador de volta para o combustor 350 pode ser aumentada ou diminuída pela manipulação do dispositivo de controle (não mostrado) na reciclagem do catalisador do combustor 440. Em algumas modalidades, a taxa de reciclagem do catalisador da seção de separação de catalisador 310 ou zona de tratamento de oxigênio 370 para o combustor 350 pode ser aumentada ou diminuída para aumentar ou diminuir a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350. Em algumas modalidades, o catalisador aquecido pode ser reciclado de volta para o combustor 350 antes de ser submetido ao tratamento de oxigênio. Em outras modalidades, o catalisador reativado da zona de tratamento de oxigênio 370 pode ser reciclado para o combustor 350 após ser reativado pelo tratamento de oxigênio.
[0048] Com referência novamente à Figura 1, de acordo com uma ou mais modalidades, o processamento do catalisador na porção de processamento de catalisador 300 pode incluir passar o catalisador da porção de reator 200 do sistema de reator 102 para o combustor 350 da porção de processamento de catalisador 300, queimar a corrente de combustível suplementar 356 no combustor 350 para aquecer o catalisador, submeter o catalisador aquecido a um tratamento de oxigênio na zona de tratamento de oxigênio 370 para produzir um catalisador reativado e passar o catalisador reativado da porção de processamento de catalisador 300 para a porção de reator 200. A combustão da corrente de combustível suplementar 356 e/ou depósitos de coque na porção de processamento de catalisador 300 pode remover os depósitos de coque ou outros contaminantes depositados no catalisador, aumentar a temperatura do catalisador para uma faixa de temperatura operacional da porção do reator 200, ou ambos. Por exemplo, em algumas modalidades, a combustão da corrente de combustível suplementar 356 no combustor 350 pode aumentar a temperatura do catalisador para produzir um catalisador aquecido. Em algumas modalidades, os depósitos de coque podem não ser formados no catalisador durante a reação e a corrente de combustível suplementar 356 pode fornecer todo o calor no combustor para aumentar a temperatura do catalisador para produzir o catalisador aquecido.
[0049] Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir um ou mais hidrocarbonetos. O um ou mais hidrocarbonetos podem incluir hidrocarbonetos que compreendem valor de energia na combustão. Em algumas modalidades, o hidrocarboneto pode incluir um ou mais hidrocarbonetos que são gases nas temperaturas de operação do combustor 350 (ou seja, 650 °C a 850 °C), tais como, porém sem limitação, alcanos, alquenos, hidrocarbonetos aromáticos ou combinações destes. Exemplos de alcanos que podem ser incluídos como um hidrocarboneto na corrente de combustível suplementar 356 podem incluir, mas não estão limitados a metano, etano, propano, butano, isobutano, pentano, outros alcanos ou combinações destes. Exemplos de alcenos (olefinas) que podem ser incluídos como um hidrocarboneto da corrente de combustível suplementar 356 podem incluir, mas não estão limitados a, etileno, propileno, 1-buteno, 2- buteno, isobuteno, outras olefinas ou combinações destes. Exemplos de hidrocarbonetos aromáticos que podem ser incluídos como um hidrocarboneto na corrente de combustível suplementar 356 podem incluir, mas não estão limitados a, benzeno, tolueno, xileno, outros hidrocarbonetos aromáticos ou combinações destes. Em algumas modalidades, os hidrocarbonetos podem incluir um hidrocarboneto leve (ou seja, C1-C4) de gás combustível. Em outras modalidades, os hidrocarbonetos podem incluir óleos combustíveis à base de hidrocarbonetos pesados (C5+). Em algumas modalidades, o hidrocarboneto pode incluir pelo menos um dentre metano, etano, propano, gás natural, outro combustível de hidrocarboneto ou combinações destes. Em algumas modalidades, o um ou mais hidrocarbonetos podem incluir metano.
[0050] Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir pelo menos 1% em mol de hidrocarboneto com base na taxa de fluxo molar total da corrente de combustível suplementar. Por exemplo, em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir mais que ou igual a 1% em mol, mais que ou igual a 5% em mol, mais que ou igual a 10% em mol, ou mais que ou igual a 15% em mol de um ou mais hidrocarbonetos com base na taxa de fluxo molar total da corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir de 1% em mol a 99% em mol, de 1% em mol a 70% em mol, de 1% em mol a 60% em mol, de 1% em mol a 50% em mol, de 1% em mol % a 30% em mol, de 5% em mol a 99% em mol, de 5% em mol a 70% em mol, de 5% em mol a 60% em mol, de 5% em mol a 50% em mol, de 5% em mol a 30% em mol, de 10% em mol a 99% em mol, de 10% em mol a 70% em mol, de 10% em mol a 60% em mol, de 10% em mol a 50% em mol, ou de 10% em mol a 30% em mol de hidrocarbonetos com base no total taxa de fluxo molar da corrente de combustível suplementar 356. Alguns combustíveis suplementares à base de hidrocarbonetos, como metano e gás natural, por exemplo, têm um valor calorífico relativamente alto e são baratos. Assim, em algumas modalidades, combustíveis de hidrocarbonetos, como metano e gás natural, por exemplo, podem ser utilizados na corrente de combustível suplementar 356 para reduzir os custos operacionais do sistema de reator 102. Em outras modalidades, o hidrocarboneto pode estar presente em uma corrente de efluente gasoso passada para o combustor 350 como pelo menos uma porção da corrente de combustível suplementar 356, a corrente de efluente gasoso originando de um sistema de processamento de hidrocarboneto.
[0051] Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir ainda hidrogênio. Por exemplo, em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir mais que ou igual a 50% em mol de hidrogênio, tal como mais que ou igual a 70% em mol, mais que ou igual a 75% em mol, mais que ou igual a 80% em mol, mais que ou igual a 85% em mol, ou mais que ou igual a 90% em mol de hidrogênio, com base na taxa de fluxo molar total da corrente de combustível suplementar 356. Por exemplo, em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir de 40% em mol a 100% em mol, de 70% em mol a 100% em mol, de 70% em mol a 99% em mol, de 70% em mol a 95% em mol, de 70% em mol a 90% em mol, de 70% em mol a 85% em mol, de 75% em mol a 100% em mol, de 75% em mol a 99% em mol, de 75% em mol a 95% em mol, de 75% em mol a 90% em mol, de 75% em mol a 85% em mol, de 80% em mol a 100% em mol, de 80% em mol a 99% em mol, de 80% em mol a 95% em mol, de 80% em mol a 90% em mol, de 85% em mol a 100% em mol, de 85% em mol a 99% em mol, de 85% em mol a 95% em mol, ou de 90% em mol a 100% em mol de hidrogênio com base na taxa de fluxo molar total da corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir mais que ou igual a 25% em peso, mais que ou igual a 30% em peso, mais que ou igual a 35% em peso, mais que ou igual a 40% em peso, ou mais que ou igual a 50% em peso de hidrogênio com base na taxa de fluxo de massa total da corrente de combustível suplementar 356. Por exemplo, em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar pode incluir de 25% em peso a 100% em peso, de 25% em peso a 99% em peso, de 25% em peso a 95% em peso, a partir de 30% em peso a 100% em peso, de 30% em peso a 99% em peso, de 30% em peso a 95% em peso, de 35% em peso a 100% em peso, de 35% em peso a 99% em peso, de 35% em peso a 95% em peso, de 40% em peso a 100% em peso, de 40% em peso a 99% em peso, de 40% em peso a 95% em peso, de 50% em peso a 100% em peso, ou de 50% em peso a 99% em peso de hidrogênio.
[0052] Como discutido anteriormente, o combustor 350 pode ser operado com uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto na corrente de combustível suplementar maior ou igual a 300:1, tal como maior ou igual a 500:1, maior ou igual a 700:1, maior ou igual a 1.000:1 ou ainda maior ou igual a 1500:1. Por exemplo, em algumas modalidades, a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor pode ser de 300:1 a 10.000:1, de 300:1 a 5.000:1, de 300:1 a 2.500:1, de 500:1 a 10.000:1, de 500:1 a 5.000:1, de 500:1 a 2.500:1, de 700:1 a 10.000:1, de 700:1 a 5.000:1, de 700:1 a 2.500:1, de 1.000:1 a 5.000:1 ou de 1500:1 a 5.000:1.
[0053] Foi surpreendentemente descoberto que operar o combustor 350 da porção de processamento de catalisador 300 a uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto maior ou igual a 300:1 pode aumentar a conversão do sistema de reator em comparação com a operação do combustor 350 com uma razão em peso inferior de catalisador para hidrocarboneto (por exemplo, <300:1).
[0054] Operar o combustor 350 a uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto de pelo menos 300:1 pode reduzir a quantidade de desativação que ocorre nos locais ativos do catalisador durante a combustão da corrente de combustível suplementar 356 no combustor 350. Assim, o catalisador aquecido produzido operando o combustor com uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto maior ou igual a 300:1 pode ter uma maior atividade catalítica em comparação com o catalisador aquecido no combustor operado com uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto. Operar o combustor 350 a uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto de pelo menos 300:1 pode aumentar a vida útil do catalisador no sistema de reator 102. Além disso, operar o combustor 350 a uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto de pelo menos 300:1 também pode aumentar a capacidade do sistema de reator 102, tal como, porém sem limitação, aumentar a conversão para um carregamento de catalisador específico ou redução o carregamento de catalisador necessário para atingir uma conversão alvo, em comparação com a operação do combustor 350 em uma razão em peso menor de catalisador para hidrocarboneto. Por exemplo, em um sistema de reator 102 utilizando um catalisador compreendendo platina, gálio ou ambos para desidrogenar propano para produzir propileno, operar o combustor 350 em uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto de pelo menos 300:1 pode resultar no mesmo desempenho de conversão no sistema de reator com menos metal ativo (por exemplo, platina, gálio ou ambos) em comparação com a operação do combustor 350 em uma razão em peso menor de catalisador para hidrocarbonetos. Operar o sistema de reator com menos metal ativo (por exemplo, platina, gálio ou ambos) pode incluir operar com um estoque reduzido de catalisador no sistema de reator ou reduzir a quantidade de metal ativo (por exemplo, platina, gálio ou ambos) no catalisador (por exemplo, usando um catalisador com menos metal ativo aplicado ao catalisador ou usando um catalisador envelhecido).
[0055] Em algumas modalidades, a razão em peso do catalisador para o hidrocarboneto no combustor 350 pode ser aumentada ou diminuída modificando o tipo e as concentrações dos gases de combustível na corrente de combustível suplementar 356, modificando a taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar 356, modificando a taxa de reciclagem do catalisador da seção de separação de catalisador 310 ou zona de tratamento de oxigênio 370 para o combustor 350, ou combinações destes. Por exemplo, em algumas modalidades, a concentração molar dos hidrocarbonetos na corrente de combustível suplementar 356 pode ser aumentada ou diminuída para diminuir ou aumentar, respectivamente, a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350. Por exemplo, aumentar a concentração molar de hidrocarboneto na corrente de combustível suplementar 356 pode diminuir a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350. Por outro lado, diminuir a concentração molar de hidrocarbonetos na corrente de combustível suplementar 356 pode aumentar a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350.
[0056] Em algumas modalidades, a razão em peso do catalisador para os hidrocarbonetos no combustor 350 pode ser aumentada ou diminuída diminuindo ou aumentando, respectivamente, a taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar 356 para o combustor 350 a uma taxa de alimentação constante do catalisador para o combustor 350. Por exemplo, diminuir a taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar 356, enquanto mantém a taxa de alimentação de catalisador para o combustor constante, pode aumentar a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350.
[0057] Em algumas modalidades, a razão em peso do catalisador para o hidrocarboneto no combustor 350 pode ser aumentada ou diminuída modificando uma taxa de reciclagem do catalisador da seção de separação do catalisador 310 ou zona de tratamento de oxigênio 370 para o combustor 350. Por exemplo, aumentar a taxa de reciclagem do catalisador para o combustor 350 pode aumentar a razão em peso do catalisador para o hidrocarboneto no combustor 350. Por outro lado, diminuir a taxa de reciclagem do catalisador para o combustor 350 pode diminuir a razão em peso do catalisador para o hidrocarboneto no combustor 350. Em algumas modalidades, o combustor 350 pode ser operado sob condições de entrada de calor constante. Nessas modalidades, a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350 pode ser modificada aumentando ou diminuindo a concentração molar de hidrocarboneto na corrente de combustível suplementar 356 e fazendo um ajuste correspondente à taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar 356 para manter a taxa de entrada de calor constante. Alternativamente, sob condições de entrada de calor constante, a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350 pode ser modificada aumentando ou diminuindo a taxa de reciclagem do catalisador para o combustor 350 e mantendo a composição e a taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar 356 constantes.
[0058] Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir uma corrente de hidrogênio de pureza compreendendo mais que ou igual a 99% em mol de hidrogênio com base na taxa de fluxo molar total da corrente de combustível suplementar. Em algumas modalidades, a corrente de hidrogênio de pureza pode ser combinada com uma ou mais correntes compreendendo hidrocarbonetos para produzir a corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir a corrente de processo de uma planta de processamento de hidrocarbonetos. A corrente de processo de uma planta/sistema de processamento de hidrocarbonetos pode incluir mais que ou igual a 50% em mol, mais que ou igual a 60% em mol, mais que ou igual a 70% em mol, mais que ou igual a 80% em mol, ou maior do que ou igual a 90% em mol de hidrogênio com base na taxa de fluxo molar total da corrente de processo. Em algumas modalidades, a corrente de processo da planta de processamento de hidrocarbonetos pode ser uma corrente de efluente gasoso. Por exemplo, em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir uma corrente de efluente gasoso de um sistema de reator FCDh, tal como, porém sem limitação um processo de desidrogenação de propano, por exemplo, e/ou uma corrente de efluente gasoso a partir de um processo de craqueamento de hidrocarbonetos leves. Entende-se que as correntes de efluente gasoso de outros sistemas de processamento de hidrocarbonetos com mais que ou igual a 40% em mol de hidrogênio também podem ser utilizadas como ou incluídas na corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode consistir em ou consistir essencialmente em uma corrente de efluente gasoso de um sistema de processamento de hidrocarboneto. Em outras modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir a corrente de efluente gasoso em combinação com uma ou mais outras correntes de combustível compreendendo hidrogênio, um componente de hidrocarboneto ou ambos.
[0059] Com referência agora à Figura 2, um fluxograma de processo de um processo FCDh 502 para desidrogenar hidrocarbonetos para produzir olefinas e outros produtos (por exemplo, estireno de etilbenzeno) é representado. No processo FCDh 502 da Figura 2, uma corrente de efluente gasoso 544 da reação de desidrogenação pode ser passada para o combustor 350 para fornecer pelo menos uma porção da corrente de combustível suplementar 356. O processo FCDh 502 representado na Figura 2 pode incluir o sistema de reator 102 representado na Figura 1 O processo FCDh 502 pode incluir o reator 202, a seção de separação de catalisador 210, o combustor 350 e a zona de tratamento de oxigênio 370. O processo FCDh 502 pode incluir ainda um separador de produto 540 a jusante da seção de separação de catalisador 210.
[0060] Durante a operação contínua do processo FCDh 502 da Figura 2, uma alimentação química 512 e o catalisador reativado 532 da zona de tratamento de oxigênio 370 podem ser introduzidos no reator 202. O contato dos reagentes na alimentação química 512 com o catalisador reativado 532 pode converter uma porção dos reagentes na alimentação química 512 em um ou mais produtos de reação (por exemplo, etileno, propileno, estireno, etc.) e subprodutos. Um efluente de reator 514 pode ser passado do reator 202 para a seção de separação de catalisador 210. O efluente do reator 514 pode incluir pelo menos catalisador, produtos de reação e reagentes não reagidos da alimentação química, mas também pode incluir subprodutos, compostos intermediários, impurezas, gases carreadores ou outros constituintes. A seção de separação de catalisador 210 pode separar o efluente do reator 514 em uma corrente de efluente gasoso 522 e uma corrente de catalisador desativada 524. A corrente de efluente gasoso 522 pode incluir pelo menos produtos de reação e gases reagentes não reagidos. A corrente de catalisador desativado 524 pode ser passada para o combustor 350 para pelo menos uma porção do processamento de catalisador. No combustor 350, a corrente de combustível suplementar 356 pode ser queimada na presença da corrente de catalisador desativado 524 para remover o coque do catalisador, aquecer o catalisador ou ambos. Após a combustão, o catalisador aquecido 531 pode ser separado dos gases de combustão 534 e passado para a zona de tratamento de oxigênio 370. Na zona de tratamento de oxigênio 370, o catalisador aquecido 531 pode ser tratado com um gás contendo oxigênio 533 para produzir o catalisador reativado 532. O catalisador reativado 532 pode então ser passado de volta ao sistema de reator 202.
[0061] Ainda com referência à Figura 2, a corrente de efluente gasoso 522 pode ser passada para o separador de produto 540, que pode ser operável para separar a corrente de efluente gasoso 522 em pelo menos uma corrente de produto 542 e pelo menos uma corrente de efluente gasoso 544. A corrente de efluente gasoso 544 recuperada do separador de produto 540 do processo FCDh 502 pode incluir pelo menos 40% em mol, pelo menos 70% em mol, pelo menos 75% em mol, pelo menos 80% em mol, pelo menos 85% em mol, ou mesmo pelo menos 90% em mol de hidrogênio com base na taxa de fluxo molar total da corrente de efluente gasoso 544. A corrente de efluente gasoso 544 também pode incluir metano, nitrogênio e/ou outros constituintes. Pelo menos uma porção da corrente de efluente gasoso 544 recuperada do separador de produto 540 pode ser passada para o combustor 350 como pelo menos uma porção da corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, a corrente de efluente gasoso 544 pode ser combinada com uma corrente de combustível secundária 358 para produzir a corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, a corrente de combustível secundária 358 pode ser uma corrente contendo hidrogênio tendo uma concentração maior de hidrogênio do que a corrente de efluente gasoso 544. Em outras modalidades, a corrente de combustível secundária 358 pode ser uma corrente de hidrocarboneto compreendendo um ou mais hidrocarbonetos, como metano ou gás natural, por exemplo. Em algumas modalidades, a taxa de fluxo da corrente de combustível secundária 358, a taxa de fluxo da corrente de efluente gasoso 544 ou ambas podem ser aumentadas ou diminuídas para aumentar ou diminuir a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350.
[0062] O processo FCDh 502 também pode incluir uma corrente de reciclagem de catalisador 536 para reciclar o catalisador reativado 532 de volta para o combustor 350 do processo FCDh 502. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 que inclui pelo menos uma porção da corrente de efluente gasoso 544 pode ter uma composição fixa. A corrente de reciclagem de catalisador 536 pode, portanto, ser modificada para ajustar a razão em peso do catalisador para hidrocarboneto no combustor 350.
[0063] Com referência agora à Figura 3, um fluxograma de processo representa uma modalidade na qual uma corrente de efluente gasoso do craqueador 628 de um processo de craqueamento de hidrocarboneto leve 602 pode ser passada para o combustor 350 do sistema de reator 102 como pelo menos uma porção da corrente de combustível suplementar 356. Como discutido anteriormente, o sistema de reator 102 pode incluir o reator 202, a seção de separação de catalisador 210, o combustor 350 e a zona de tratamento de oxigênio 370. Em operação contínua, uma alimentação química 104 e um catalisador reativado 112 da zona de tratamento de oxigênio 370 podem ser introduzidos no reator 202, no qual o contato do catalisador reativado 112 com reagentes na alimentação química 104 pode converter pelo menos uma porção dos reagentes na alimentação química 512 em um ou mais produtos de reação. Um efluente de reator 106 pode ser passado do reator 202 para a seção de separação de catalisador 210, na qual o efluente de reator 106 pode ser separado em uma corrente de efluente gasoso 108 e uma corrente de catalisador desativado 110. A corrente de efluente gasoso 108, que pode incluir pelo menos um produto de reação, pode ser passada para uma ou mais operações a jusante para processamento adicional. A corrente de catalisador desativado 110 pode ser passada para o combustor 350 para pelo menos uma porção do processamento do catalisador. No combustor 350, a corrente de combustível suplementar 356 pode ser queimada na presença da corrente de catalisador desativado 110 para remover o coque do catalisador, aquecer o catalisador ou ambos. Após a combustão, o catalisador aquecido 111 pode ser separado dos gases de combustão 534 e passado do combustor 350 para a zona de tratamento de oxigênio 370. Na zona de tratamento de oxigênio 370, o catalisador aquecido 111 pode ser tratado com um gás contendo oxigênio 533 para produzir o catalisador reativado 112. O catalisador reativado 112 pode então ser passado de volta ao sistema de reator 202.
[0064] Ainda com referência à Figura 3, o processo de craqueamento de hidrocarboneto leve 602 pode incluir uma unidade de craqueamento de hidrocarboneto leve 610 e uma porção de processamento de hidrocarboneto leve 620. Durante a operação contínua do processo de craqueamento de hidrocarboneto leve 602, um ou uma pluralidade de fluxos de hidrocarboneto leve 612 podem ser introduzidos na unidade de craqueamento de hidrocarboneto leve 610, na qual hidrocarbonetos leves nas correntes de hidrocarboneto 612 são craqueados para produzir um efluente de craqueador 614 que inclui um ou mais produtos de reação. Por exemplo, em algumas modalidades, a unidade de craqueamento de hidrocarboneto leve 610 pode ser um craqueador a vapor e os fluxos de hidrocarboneto leve 612 podem incluir etano e propano, que podem ser craqueados a vapor no craqueador para produzir pelo menos etileno. O efluente do craqueador 614 pode ser passado para a porção de processamento de hidrocarboneto leve 620 do processo de craqueamento de hidrocarboneto leve 602. A porção de processamento de hidrocarboneto leve 620 pode incluir uma pluralidade de operações unitárias, tais como, porém sem limitação, compressão de vapor, separação, remoção de enxofre e dióxido de carbono, secagem ou outras operações. A porção de processamento de hidrocarboneto leve 620 pode finalmente separar o efluente do craqueador 614 em uma pluralidade de correntes gasosas, tais como, porém sem limitação, uma corrente de produto de etileno 622, uma corrente de produto de propileno 624, uma corrente de propano 626, uma corrente de efluente gasoso de craqueador 628 e outros fluxos.
[0065] A corrente de efluente gasoso do craqueador 628 pode incluir pelo menos 40% em mol de hidrogênio, tal como de 50% em mol a 90% em mol de hidrogênio. Pelo menos uma porção da corrente de efluente gasoso do craqueador 628 pode ser passada para o combustor 350 do sistema de reator 102 para ser incluída como uma porção da corrente de combustível suplementar 356. Por exemplo, em algumas modalidades, a corrente de efluente gasoso do craqueador 628 pode ser passada diretamente para o combustor 350 do sistema de reator 102 como a corrente de combustível suplementar 356 de modo que a corrente de combustível suplementar 356 consista em ou consista essencialmente na corrente de efluente gasoso de craqueador 628. Em algumas modalidades, a corrente de efluente gasoso do craqueador 628 pode ser combinada com uma corrente de combustível secundária 358 para produzir a corrente de combustível suplementar 356. A corrente de combustível secundária 358 pode ser uma corrente contendo hidrogênio tendo uma concentração maior de hidrogênio do que a corrente de efluente gasoso do craqueador 628. Alternativamente, em algumas modalidades, a corrente de combustível secundária 358 pode ser uma corrente de hidrocarboneto compreendendo um ou mais hidrocarbonetos. Em algumas modalidades, a taxa de fluxo da corrente de combustível secundária 358, a taxa de fluxo da corrente de efluente gasoso do craqueador 628 ou ambas podem ser aumentadas ou diminuídas para aumentar ou diminuir a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350.
[0066] O sistema de reator 102 também pode incluir a corrente de reciclagem de catalisador 536 para reciclar o catalisador reativado 532 de volta para o combustor 350. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 que inclui pelo menos uma porção da corrente de efluente gasoso do craqueador 628 pode ter uma composição fixa. A taxa de fluxo da corrente de reciclagem de catalisador 536 pode, portanto, ser aumentada ou diminuída para ajustar a razão em peso do catalisador para hidrocarboneto no combustor 350. Em algumas modalidades, pelo menos uma porção da corrente de efluente gasoso do craqueador 628 pode ser combinada com uma corrente de efluente gasoso do sistema de reator 102 (por exemplo, a corrente de efluente gasoso 544 do processo FCDh 502 da Figura 2) para produzir a corrente de combustível suplementar 356. A corrente de combustível suplementar 356 pode incluir correntes de efluente gasoso de outros processos de hidrocarbonetos. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir pelo menos um dentre um efluente gasoso de um processo FCDh, um efluente gasoso de craqueador de uma unidade de craqueamento de hidrocarboneto leve, uma corrente de hidrogênio de pureza ou combinações destes.
[0067] Em algumas modalidades, o sistema de reator 102 e o processo de craqueamento de hidrocarboneto leve 602 podem ser integrados em conjunto para combinar a separação das correntes de produto em um único sistema. Por exemplo, em algumas modalidades, a corrente de efluente gasoso 108 do sistema de reator 102 pode ser combinada com o efluente de craqueador 614 da unidade de craqueamento de hidrocarboneto leve 610 e a corrente de efluente combinada (não mostrada) pode ser passada para a porção de processamento de hidrocarboneto leve 620. Assim, nessas modalidades, a porção de processamento de hidrocarboneto leve 620 pode separar a corrente de efluente combinada (por exemplo, a combinação da corrente de efluente gasoso 108 e do efluente de craqueador 614) em uma pluralidade de correntes de gás, tais como, porém sem limitação, a corrente de produto de etileno 622, a corrente de produto de propileno 624, a corrente de propano 626, a corrente de efluente gasoso do craqueador 628 e outras correntes. Em particular, em algumas modalidades, a corrente de efluente gasoso 522 (Figura 2) do processo FCDh 502 (Figura 2) pode ser combinada com o efluente do craqueador 614 do processo de craqueamento de hidrocarboneto leve e pode ser passada com o mesmo para a porção de processamento de hidrocarboneto leve 620 do processo de craqueamento de hidrocarboneto leve 602 de modo que a corrente de efluente gasoso do craqueador 628 inclua gases produzidos a partir da unidade de craqueamento de hidrocarboneto leve 610 e o processo FCDh 502 (Figura 2).
[0068] Com referência à Figura 4, em algumas modalidades, a corrente de efluente gasoso do craqueador 628 pode ser passada para um dispositivo separador 630, como um turboexpansor ou outro dispositivo de separação. O dispositivo separador 630 pode ser operável para separar a corrente de efluente gasoso do craqueador 628 em uma corrente rica em hidrogênio 362 e uma corrente rica em hidrocarboneto 360. A corrente rica em hidrogênio 362, a corrente rica em hidrocarbonetos 360 ou ambas podem ser passadas do dispositivo separador 630 para o combustor 350 do sistema de reator 102 como pelo menos uma porção da corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode incluir a corrente rica em hidrogênio 362 do dispositivo separador 630. Correntes de efluente gasoso de outros sistemas de processamento de hidrocarbonetos (por exemplo, corrente de efluente gasoso 544 do processo FCDh 502 da Figura 2) também podem ser passados para um dispositivo separador 630 para produzir uma corrente rica em hidrogênio e uma corrente rica em hidrocarbonetos e então passar pelo menos a corrente rica em hidrogênio para o combustor 350 como uma parte da corrente de combustível suplementar 356. Em algumas modalidades, os parâmetros operacionais do dispositivo separador 630 podem ser modificados para aumentar ou diminuir uma concentração de hidrocarbonetos na corrente de combustível suplementar 356 para, assim, aumentar ou diminuir a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor 350.
[0069] Durante a fase de reação contínua de operação do sistema de reator 102, a porção de processamento de catalisador 300 do sistema de reator 102, em particular o combustor 350, pode ser mantida a uma temperatura em uma faixa de temperatura operacional suficiente para reativar o catalisador. Por exemplo, em algumas modalidades, o combustor 350 pode ser mantido a uma temperatura maior do que a temperatura de operação da porção do reator 200 do sistema de reator 102. Em algumas modalidades, a faixa de temperatura operacional do combustor 350 pode ser maior ou igual a 650 °C, maior ou igual a 660 °C, ainda maior ou igual a 680 °C, ou ainda maior ou igual a 700 °C. Em algumas modalidades, a faixa de temperatura operacional do combustor 350 pode ser de 650 °C a 850 °C, de 660 °C a 780 °C, ou de 700 °C a 750 °C. Como discutido anteriormente neste documento, manter a temperatura operacional no combustor 350 pode incluir a combustão de um combustível suplementar no combustor 350.
[0070] Com referência novamente à Figura 1, a corrente de combustível suplementar 356 pode ser introduzida no combustor 350 da porção de processamento de catalisador 300. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode ser introduzida no combustor 350 por meio de um ou mais distribuidores (não mostrados) dispostos dentro do combustor 350. Antes de introduzir a corrente de combustível suplementar 356 no combustor 350, a corrente de combustível suplementar 356 pode ser passada através de um compressor (não mostrado) para aumentar a pressão da corrente de combustível suplementar 356. A corrente de combustível suplementar 356 pode ser fornecida ao combustor 350 a uma pressão de 5 libras por polegada quadrada (psig) a 200 psig (de 34,47 quilopascals (kPa) a 1.378,95 kPa, em que 1 psig = 6,89 kPa). Em algumas modalidades, uma válvula de controle (não mostrada) pode ser incluída para controlar a taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar 356 e ajustar a pressão do gás combustível suplementar para igualar a pressão operacional do sistema de reator 102 e/ou combustor 350. Em algumas modalidades, a corrente de combustível suplementar 356 pode ser pré-aquecida, tal como passando a corrente de combustível suplementar 356 através de um trocador de calor opcional (não mostrado).
[0071] De acordo com uma ou mais modalidades, a reação no sistema de reator 102 pode ser um sistema de reação FCDh para desidrogenar parafinas e alquil aromáticos em olefinas ou outros produtos. De acordo com tais modalidades, a corrente de alimentação pode compreender um ou mais de etano, propano, n-butano e i-butano. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação pode incluir pelo menos 50% em peso de etano, propano, n- butano, i-butano ou combinações dos mesmos. Em uma ou mais modalidades, uma reação de desidrogenação pode utilizar um catalisador que inclui platina, gálio ou combinações dos mesmos. O catalisador de gálio e/ou platina pode ser transportado por um suporte de alumina ou de sílica-alumina e pode compreender opcionalmente potássio. Tais catalisadores de gálio e/ou platina são divulgados na Patente no US 8.669.406, que é incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade. Em algumas modalidades, o sistema de reator 102 pode ser um sistema de reação FCDh para desidrogenar compostos alquil aromáticos para outros produtos. Por exemplo, a corrente de alimentação pode incluir etilbenzeno e o sistema de reator 102 pode ser um sistema de reator FCDh para desidrogenar o etilbenzeno em estireno.
[0072] As modalidades da presente divulgação serão ainda mais esclarecidas pelos seguintes exemplos não limitantes.
[0073] No Exemplo 1, os efeitos do aumento da razão em peso de catalisador para hidrocarboneto no combustor na conversão de propano em um sistema de reator de desidrogenação de propano foram avaliados durante a operação do sistema de reator com entrada de calor relativamente baixa. As reações de desidrogenação de propano foram conduzidas usando uma unidade de planta piloto Davidson Circulating Riser (DCR) obtida junto à Grace Davidson e tendo uma porção de reator de fluxo ascendente e uma porção de processamento de catalisador. A unidade DCR foi modificada para permitir a combustão de combustível in situ na porção de processamento de catalisador. Cada corrida de reação 1A-1D foi conduzida com 4.100 gramas de catalisador recém-carregado compreendendo platina e gálio suportados em um carreador de alumina contendo sílica. A temperatura de entrada para o reator de tubo ascendente da unidade DCR foi controlada a 630 °C e a pressão foi ajustada para 89,6 kPa (13 psig). A alimentação de propano era uma alimentação de propano HD-5 com cerca de 30 partes por milhão (ppm) de enxofre em uma base molar. A alimentação de propano foi diluída em nitrogênio de modo que a pressão parcial de propano na corrente de alimentação fosse de cerca de 29,6 kPa (4,3 psig).
[0074] A temperatura para o processamento do catalisador foi mantida na faixa de 700 °C a 750 °C. O processamento do catalisador incluiu a combustão de uma corrente de combustível suplementar seguida por um tratamento com oxigênio no qual o catalisador foi exposto a um gás contendo oxigênio (ar) por um tempo de absorção de oxigênio. Para as execuções de reação 1A a 1E, as razões em peso de catalisador para hidrocarboneto na porção de processamento de catalisador foram ajustadas alterando a concentração molar de metano na corrente de combustível suplementar. A taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar foi aumentada com a diminuição da concentração de metano para manter a operação do sistema de reator a uma entrada de calor constante de cerca de 1.600 BTU/hora (1,6 KBTU/h), referido a estes Exemplos como baixa entrada de calor. Para cada execução de reação, a unidade DCR foi operada por um primeiro período com um tempo de imersão em oxigênio de 1 minuto e por um segundo período com um tempo de imersão em oxigênio de 7 minutos.
[0075] A taxa de alimentação de propano (litros padrão por hora (SLPH)), taxa de circulação do catalisador (kg/h), composição da corrente de combustível suplementar (% em mol e % em peso), taxa de alimentação da corrente de combustível suplementar (SLPH), entrada de calor (MBTU/h), a razão de catalisador para metano (kg/kg (lbs/lbs)) na porção de processamento de catalisador, peso de propano, velocidade espacial horária em peso (WHSV h-1) e tempo de absorção de oxigênio do tratamento com oxigênio são fornecidos abaixo na Tabela 1. As taxas de circulação do catalisador nos Exemplos 1 e 2 se referem às taxas nas quais o catalisador é circulado entre a porção do reator e a porção de processamento de catalisador. As conversões de propano para operação do sistema de reator com tempos de imersão em oxigênio de 1 minuto e 7 minutos foram determinadas e relatadas na Tabela 1.TABELA 1: EXEMPLO 1 PARÂMETROS DE PROCESSO E CONVERSÃO DE PROPANO
[0076] Como mostrado na Tabela 1, para o Exemplo 1, observa-se que a conversão de propano com 1 minuto de tempo de imersão em oxigênio aumenta de 42,1% para 44,6% quando a razão em peso de catalisador para metano na porção de processamento de catalisador é aumentada de 561:1 (1A) para 2.095:1 (1D). Assim, aumentar a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto na porção de processamento de catalisador de 561:1 a 2.095:1 aumentou a conversão de propano em 6%. À medida que a razão em peso de catalisador para metano no combustor da porção de processamento de catalisador é ainda aumentada acima de 2.095:1, tal como maior que 2.500:1 como no exemplo 1E, a conversão de propano se estabiliza em uma conversão de propano máxima teórica perto de 50%. Por exemplo, aumentar a razão em peso de catalisador para metano no combustor de 561:1 (1A) para o limite teórico (1E) resulta em um aumento na conversão de propano de 42,1% para 48,2% (tempo de absorção de oxigênio de 1 min.), o que representa um aumento de cerca de 14,5%.
[0077] No Exemplo 2, os efeitos do aumento da razão em peso de catalisador para hidrocarboneto na porção de processamento de catalisador na conversão de propano de um sistema de reator de desidrogenação de propano operando com entrada de calor relativamente alta (isto é, 3 vezes a taxa de fluxo de combustível suplementar do Exemplo 1) foram avaliados. As reações de desidrogenação de propano foram conduzidas na unidade DCR descrita no Exemplo 1. No Exemplo 2, o processamento do catalisador foi conduzido a uma entrada de calor relativamente alta que foi realizada aumentando a taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar para 3 vezes a taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar do Exemplo 1. As reações de desidrogenação de propano foram conduzidas com entrada de calor constante de cerca de 4.700 BTU/hora (4,7 KBTU/h). Todos os outros parâmetros operacionais eram iguais. As reações de desidrogenação de propano foram conduzidas usando correntes de combustível suplementares compreendendo hidrogênio e metano. Para as execuções de reação 2A a 2E, as razões em peso de catalisador para hidrocarboneto na porção de processamento de catalisador foram ajustadas alterando a concentração molar de metano na corrente de combustível suplementar. A taxa de fluxo da corrente de combustível suplementar foi aumentada com a diminuição da concentração de metano para manter a operação do sistema do reator a uma entrada de calor constante. A taxa de alimentação de propano, taxa de circulação de catalisador, composição de corrente de combustível suplementar, taxa de alimentação de corrente de combustível suplementar, entrada de calor, proporção de catalisador para metano na porção de processamento de catalisador do sistema de reação, WHSV de propano e tempo de absorção de oxigênio do tratamento de oxigênio são fornecidos abaixo na Tabela 2. As conversões de propano para operação do sistema de reator com tempos de imersão em oxigênio de 1 minuto e 7 minutos foram determinadas e relatadas na Tabela 1.TABELA 2: EXEMPLO 2 PARÂMETROS DE PROCESSO E CONVERSÃO DE PROPANO
[0078] Como mostrado na Tabela 2, para as desidrogenações de propano do Exemplo 2 conduzidas com entrada de calor relativamente alta, observa-se que a conversão de propano com 1 minuto de tempo de imersão em oxigênio aumenta de 34,9% para 42,0% quando a razão em peso de catalisador para metano no catalisador porção de processamento é aumentada de 181:1 (2A) para 698:1 (2D). Assim, na entrada de calor relativamente maior, o aumento da razão em peso de catalisador para hidrocarboneto na porção de processamento de catalisador de 181:1 para 698:1 aumentou a conversão de propano em 20%. À medida que a razão em peso de catalisador para metano no combustor da porção de processamento de catalisador é ainda aumentada acima de 698:1, tal como maior do que 2.500:1 como no exemplo 2E, a conversão de propano se estabiliza em uma conversão de propano máxima teórica de perto de 50%. Por exemplo, aumentar a razão em peso de catalisador para metano no combustor de 181:1 (2A) para o limite teórico (2E) resulta em um aumento na conversão de propano de 34,9% para 48,5% (tempo de absorção de oxigênio de 1 min.), o que representa um aumento de cerca de 39%.
[0079] Com referência à Figura 5, a conversão de propano (%) (eixo y) (700) é mostrada graficamente como uma função da razão em peso de catalisador para metano na porção de processamento de catalisador (eixo x) para as desidrogenações de propano dos Exemplos 1 e 2. Conforme mostrado graficamente na Figura 5, a conversão de propano 700 aumenta conforme a razão em peso de catalisador para metano na porção de processamento de catalisador aumenta contanto que a entrada de calor total para o sistema de reator seja mantida constante.
[0080] Como mostrado na Figura 5, a conversão de propano aumenta rapidamente quando a razão em peso de catalisador para metano na porção de processamento de catalisador é aumentada até cerca de 300:1. Em outras palavras, abaixo de uma razão em peso de catalisador para metano de 300:1, a conversão de propano diminui rapidamente. Portanto, operar o sistema de reator com uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto na porção de processamento de catalisador maior ou igual a 300:1 fornece desempenho superior em comparação com a operação do sistema de reator com uma razão em peso de catalisador para hidrocarboneto de menos de 300:1. À medida que a razão em peso de catalisador para metano na porção de processamento de catalisador é aumentada acima de 300:1, tal como de 300:1 a 2.500:1, a taxa de aumento na conversão de propano torna-se mais lenta e eventualmente atinge um nível de platô ligeiramente inferior de conversão de 50%, ponto em que a quantidade de metano (hidrocarboneto) na porção de processamento de catalisador é insignificante. Na Figura 5, uma razão em peso de catalisador para metano de cerca de 2.500:1 é assumida como representando uma razão em peso infinitamente grande correspondendo a nenhum metano na porção de processamento de catalisador (por exemplo, nenhum metano ou outros hidrocarbonetos na corrente de combustível suplementar). As desidrogenações de propano dos Exemplos 1 e 2 demonstram que aumentar a razão em peso de catalisador para hidrocarboneto na porção de processamento de catalisador para maior ou igual a 300:1, ou mesmo mais que ou igual a 500:1 pode aumentar substancialmente a conversão de propano de o sistema de reator.
[0081] Para efeito de descrever e definir a presente invenção, verifica-se que o termo “cerca de” é utilizado no presente documento para representar o grau inerente de incerteza que pode ser atribuído a qualquer comparação quantitativa, valor, medição ou outra representação. O termo também é utilizado no presente documento para representar o grau pelo qual uma representação quantitativa pode variar a partir de uma referência declarada sem resultar em uma mudança na função básica da matéria em questão.
[0082] Verifica-se que uma ou mais dentre as reivindicações a seguir utilizam o termo “em que" como um sintagma de transição. Para os efeitos de definir a presente invenção, nota-se que este termo é apresentado nas reivindicações como uma frase de transição aberta que é usada para apresentar uma recitação de uma série de características da estrutura e deve ser interpretada semelhantemente ao termo de preâmbulo aberto “compreendendo” usado mais comumente.
[0083] De modo geral, “portas de entrada” e “portas de saída” de qualquer unidade de sistema do sistema de reator 102 descritas no presente documento se referem às aberturas, aos furos, aos canais, aos buracos, às folgas, ou outras características mecânicas semelhantes na unidade de sistema. Por exemplo, portas de entrada permitem a entrada de materiais à unidade de sistema particular e as portas de saída permitem a saída de materiais da unidade de sistema particular. De modo geral, uma porta de saída ou porta de entrada definirá a área de uma unidade de sistema do sistema de reator 102 à qual um cano, conduto, tubo, mangueira, linha de transporte de material ou característica mecânica semelhante está fixada, ou a uma porção da unidade de sistema à qual outra unidade de sistema está diretamente fixada. Embora portas de entrada e portas de saída possam algumas vezes ser descritas no presente documento funcionalmente em operação, elas podem ter características físicas semelhantes ou idênticas, e suas respectivas funções em um sistema operacional não devem ser interpretadas como limitantes de suas estruturas físicas.
[0084] Ficará evidente para as pessoas versadas na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas à presente invenção sem afastamento do espírito e escopo da invenção. Visto que modificações, combinações, subcombinações e variações das modalidades divulgadas incorporando o espírito e a substância da invenção podem ocorrer às pessoas versadas na técnica, a invenção deve ser interpretada como incluindo tudo dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
Claims (13)
1. Método para desidrogenar uma corrente de alimentação para produzir um ou mais produtos de olefina, sendo o método caracterizado pelo fato de compreender: - colocar a corrente de alimentação em contato com um catalisador em uma porção de reator de um sistema de reator (102), em que: - o sistema de reator (102) compreende um sistema de reator de desidrogenação catalítica fluidizado tendo uma porção de reator e uma porção de processamento de catalisador (300); - o catalisador compreende platina, gálio ou ambos; e - o contato da corrente de alimentação com o catalisador causa uma reação que forma uma corrente de efluente compreendendo o um ou mais produtos de olefina; - separar pelo menos uma porção da corrente de efluente do catalisador; - passar o catalisador para a porção de processamento de catalisador (300) do sistema de reator (102); - processar o catalisador na porção de processamento de catalisador (300) do sistema de reator (102); - passar o catalisador para um combustor da porção de processamento do catalisador; - queimar uma corrente de combustível suplementar (356) no combustor para aquecer o catalisador, em que a corrente de combustível suplementar (356) compreende um ou mais hidrocarbonetos, e uma razão em peso do catalisador para o um ou mais hidrocarbonetos no combustor é de pelo menos 300:1; e - passar o catalisador aquecido da porção de processamento de catalisador (300) para a porção de reator do sistema de reator (102).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o um ou mais hidrocarbonetos serem escolhidos a partir de metano, etano, propano, n- butano, isobutano, etileno, propileno, 1-buteno, 2-buteno, isobuteno, penteno, benzeno, tolueno, xileno, gás natural, ou combinações dos mesmos.
3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a corrente de combustível suplementar (356) compreender uma corrente de processo que compreende um ou mais hidrocarbonetos.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a corrente de processo ser uma corrente de efluente gasoso reciclada do sistema de reator (102) ou uma corrente de efluente gasoso contendo hidrocarboneto de outro sistema de processamento de hidrocarboneto.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de compreender manter a velocidade espacial horária em peso (WHSV) da corrente de combustível suplementar (356) no combustor de modo que a WHSV não mude em mais de 5% ao longo de uma hora de tempo na corrente.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender ainda tratar o catalisador aquecido com um gás contendo oxigênio para produzir um catalisador reativado e passar o catalisador reativado da porção de processamento do catalisador para a porção do reator, em que o tratamento do catalisador aquecido com um gás contendo oxigênio compreende expor o catalisador aquecido a um gás contendo oxigênio por um período de tempo superior a 2 minutos.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender ainda reciclar pelo menos uma porção do catalisador aquecido de volta para o combustor da porção de processamento do catalisador para controlar a razão em peso do catalisador para o um ou mais hidrocarbonetos no combustor.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda modificar a razão em peso do catalisador para o um ou mais hidrocarbonetos no combustor aumentando ou diminuindo uma proporção do catalisador aquecido reciclado de volta ao combustor.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de compreender ainda manter um valor de aquecimento constante da corrente de combustível suplementar (356).
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de a corrente de combustível suplementar (356) compreende metano.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda: - separar a corrente de efluente em uma corrente de produto e uma corrente de efluente gasoso; e - passar pelo menos uma porção da corrente de efluente gasoso para a porção de processamento do catalisador, em que a corrente de combustível suplementar (356) inclui pelo menos uma porção da corrente de efluente gasoso.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de o catalisador compreende platina, gálio e, opcionalmente, um metal alcalino ou metal alcalino-terroso suportado em um carreador, sendo que o carreador é escolhido a partir de um ou mais dentre sílica, alumina, alumina contendo sílica, TiO2, ZrO2 ou combinações destes.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de a corrente de combustível suplementar (356) compreender pelo menos 1% em mol do um ou mais hidrocarbonetos.
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