ZUIKOV ALEKSANDR VLADIMIROVICH (RU)
REKHLETSKAIA EKATERINA STANISLAVOVNA (RU)
MAKHOVA ULIANA ALEXANDROVNA (RU)
IGNATCHIK IAROSLAV BORISOVICH (RU)
| RU2053843C1 | 1996-02-10 | |||
| US20090075219A1 | 2009-03-19 | |||
| SU1462067A1 | 1989-02-28 | |||
| RU135413U1 | 2013-12-10 | |||
| RU2016134225A | 2018-03-02 |
| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ регенерации катализатора, путем выжига кокса, при котором осуществляется следующая последовательность действий: a) концентрирование кислорода из воздуха; b) регенерация катализатора путем выжига кокса в смеси рециклового потока дымовых газов, образующихся в процессе горения, рециклового потока диоксида углерода и азота, потока кислорода и потока атмосферного воздуха; c) отвод дымовых газов от зоны регенерации катализатора посредством применения дымососа и/или компрессора, с частичным рециклом газов в зону горения; d) подача балансового количества дымовых газов на процесс извлечения диоксида углерода в целях последующего направления на хранение и выделения конденсата воды; e) рецикл диоксида углерода в зону регенерации катализатора. 2. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс регенерации катализатора проводится в среде с повышенным содержанием кислорода в диапазоне концентраций от 1 % об. до 50% об. 3. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс регенерации катализатора проводится в среде с повышенным содержанием диоксида углерода в диапазоне концентраций от 1 % об. до 50% об. 4. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс регенерации катализатора проводится в среде с концентрацией азота не более 30% об. 5. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс регенерации катализатора проводится в сочетании с последующим удалением балансового количества диоксида углерода к местам хранения. 6. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс регенерации катализатора проводится только с рециклом диоксида углерода и азота без рецикла дымовых газов. 7. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс регенерации катализатора проводится с использованием рецикла дымовых газов только на второй ступени регенерации. 8. Способ по п.1 отличающийся тем, что процесс регенерации катализатора проводится с подачей потока кислорода, получаемого обогащением из атмосферного воздуха. 6 |
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к химическому процессу регенерации катализатора, в частности катализатора процессов каталитического крекинга, путем выжига кокса с его поверхности, а также получения тепловой энергии в целях ее последующего полезного использования, с одновременным улавливанием/извлечением диоксида углерода для последующего транспортирования к местам хранения и снижения выбросов парниковых газов в атмосферу.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наиболее близким аналогом является способ горения топлива с последующим улавливанием диоксида углерода US2009075219 (А1), опубликованный 19 марта 2009 г. Способ включает подачу потока кислорода в камеру горения с последующей конденсацией паров воды, выводом части дымовых газов в атмосферу и части дымовых газов на процесс улавливания углерода.
Недостатком способа является отсутствие возможности регулирования концентраций компонентов в потоке дымовых газов для кислорода в диапазоне концентрации от 1 %об. до 50%об., для диоксида углерода от 1%об. до 50%об., концентрации азота не более 30 %об., а также необходимость конденсации паров воды, что обеспечивается снижением температуры дымовых газов до 15 °C, в свою очередь требующей значительных операционных затрат на охлаждение. В патенте также отсутствует рециркуляция потока дымовых газов обратно в зону процесса горения углеводородного газа, углеводородной жидкости, нефтяных остатков и рециркуляция потока диоксида углерода и азота после процесса улавливания углерода в целях регулирования концентрации компонентов в зоне горения.
Проведение процесса по методу и условиях, описанных в патенте US2009075219 (А1 ) приводит к повышению операционных затрат на 35-45%, что не позволяет рассматривать данный способ приемлемым для промышленной реализации процесса горения углеводородного газа, углеводородной жидкости, нефтяных остатков.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка способа непрерывной регенерации катализатора, интегрированного с процессом улавливания диоксида углерода, позволяющего снизить операционные затраты на процесс улавливания до 40% и повысить концентрацию диоксида углерода в потоке дымовых газов до 50%. Техническим результатом заявленного изобретения является снижение операционных расходов на процесс улавливания диоксида углерода на 40% и пропорциональное снижение выбросов парниковых газов в атмосферу за счет улавливания и транспортирования к местам хранения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ регенерации катализатора проводят путем выжига кокса с его поверхности в потоках с заданной концентрацией кислорода, азота и диоксида углерода в требуемых пропорциях, для кислорода в диапазоне концентрации от 1% об. до 50% об., для диоксида углерода от 1% об. до 50% об. и минимальной концентрации азота до 30% об.
Атмосферный воздух, содержащий азот и кислород в пропорции 79% об. и 21% об., подается на станцию/установку разделения на компоненты. Далее поток кислорода направляется в качестве окислителя в регенератор для обеспечения процесса выжига кокса с поверхности катализатора, при температуре не более 750 °C во избежание необратимой дезактивации катализатора под действием водяного пара. Образующиеся дымовые газы от выжига кокса направляются кдымососу/компрессору для подачи к процессу улавливания углерода. При наличии двухступенчатой системы регенерации катализатора часть потока дымовых газов от дымососа/компрессора может подаваться в качестве рецикла обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, водяного пара, азота и кислорода в первой ступени зоны регенерации катализатора.
В процессе улавливания диоксида углерода из дымовых газов образуется два концентрированных потока: 1-ый поток конденсата воды и 2-ой поток диоксида углерода получившиеся при выжиге кокса с поверхности катализатора. Балансовое количество диоксида углерода, уловленного в процессе, направляется к месту хранения.
Часть потока диоксида углерода и азота с процесса улавливания углерода подается в качестве рециклового потока обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, водяного пара, азота и кислорода в зоне регенерации катализатора.
Использование потока кислорода и рецикла диоксида углерода после процесса улавливания углерода позволяет обеспечить повышение концентрации диоксида углерода в потоке дымовых газов до 50% об., что принципиальным образом упрощает организацию процесса улавливания диоксида углерода, снижает капитальные и операционные затраты на улавливание 1 тонны диоксида углерода. Также подача кислорода и рецикл диоксида углерода позволяет снизить концентрацию азота до 30% об., который является разбавителем и инертным газом, значительно усложняющий режим работы процесса улавливания диоксида углерода. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - Схематичное изображение двухступенчатой системы регенерации.
Обозначения на Фиг. 1 :
(1) - регенератор, в котором происходит выжиг кокса в газовой смеси, содержащей кислород;
(2) - потребитель тепловой энергии или конвектор тепловой энергии в иные виды энергии;
(3) - дымосос/компрессор, аппарат обеспечивающий транспорт объема дымовых газов от регенератора катализатора до процесса улавливания углерода из дымовых газов, а также рецикл части дымовых газов обратно к регенератору;
(4) - процесс улавливания углерода из дымовых газов;
(5) - процесс разделения воздуха на компоненты - азот и кислород;
(6) - место хранения уловленного диоксида углерода.
Фиг. 2 - Схематичное изображение одноступенчатой системы регенерации.
Обозначения на Фиг. 2:
(1) - регенератор, в котором происходит выжиг кокса в газовой смеси, содержащей кислород;
(2) - потребитель тепловой энергии или конвектор тепловой энергии в иные виды энергии;
(3) - дымосос/компрессор, аппарат обеспечивающий транспорт объема дымовых газов от регенератора катализатора до процесса улавливания углерода из дымовых газов, а также рецикл части дымовых газов обратно к регенератору;
(4) - процесс улавливания углерода из дымовых газов;
(5) - процесс разделения воздуха на компоненты - азот и кислород;
(6) - место хранения уловленного диоксида углерода.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Атмосферный воздух подается на станцию/установку разделения на компоненты (5) - азот и кислород. Далее поток кислорода направляется в качестве окислителя в регенератор (1) для обеспечения процесса выжига кокса с поверхности катализатора. Образующиеся дымовые газы от сгорания кокса направляются к дымососу/компрессору (3) для подачи к процессу улавливания углерода (4). При наличии двухступенчатой системы регенерации катализатора часть потока дымовых газов от дымососа/компрессора может подаваться в качестве рецикла обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, водяного пара, азота и кислорода в первой ступени зоны регенерации катализатора (1 ). Рецикл дымовых газов может составлять от 0,1 до 40 частей в расчете на 1 часть катализатора.
В процессе улавливания углерода из дымовых газов образуется два концентрированных потока: 1-ый поток конденсата воды, образующейся в результате выжига кокса; 2-ой поток диоксида углерода, также образующийся при выжиге кокса. Балансовое количество диоксида углерода, уловленного в процессе (4), направляется к месту хранения (6).
Часть потока диоксида углерода и азота с процесса улавливания углерода (4) может подаваться в качестве рециклового потока обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, водяного пара, азота и кислорода в зоне регенератора катализатора (1). Рецикл диоксида углерода и азота от процесса улавливания (4) может составлять от 0,1 до 40 частей в расчете на 1 часть катализатора.
Использование потока кислорода, рецикла дымовых газов и рецикла диоксида углерода после процесса улавливания углерода позволяет обеспечить повышение концентрации диоксида углерода в потоке дымовых газов от 12% об. до 50% об., что принципиальным образом упрощает организацию процесса улавливания углерода, снижает капитальные и операционные затраты на улавливание 1 тонны углерода. Также подача кислорода и рецикл дымовых газов, рецикл диоксида углерода позволяет снизить концентрацию азота, который является разбавителем и инертным газом, значительно усложняющим режим работы процесса улавливания углерода (4).
Пример 1
Процесс выжига кокса производится для катализатора степень закоксованности которого составляет 4% масс, в количестве 2500 кг/ч, т.е. 100 кг/ч по коксу. Для обеспечения выжига кокса подается в пропорции атмосферный воздух на станцию/установку разделения на компоненты в количестве до 150 кг/ч, содержащий азот и кислород в пропорции 21 % об. и 79% об. Далее поток кислорода направляется в качестве окислителя в регенератор для обеспечения процесса выжига кокса с поверхности катализатора при температуре не более 750 °C. Образующиеся дымовые газы от выжига кокса направляются к дымососу/компрессору для подачи к процессу улавливания углерода.
В процессе улавливания диоксида углерода из дымовых газов образуется два концентрированных потока: 1-ый поток конденсата воды, образующейся в результате выжига кокса с поверхности катализатора; 2-ой поток диоксида углерода, также образующиеся при выжиге кокса. Балансовое количество диоксида углерода, уловленного в процессе, направляется к месту хранения.
Часть потока диоксида углерода и азота с процесса улавливания углерода подается в качестве рециклового потока обратно к потоку кислорода для регулирования концентрации диоксида углерода, азота и кислорода в зоне регенерации катализатора. Рецикл диоксида углерода и азота от процесса улавливания составляет до 4 частей в расчете на 1 часть катализатора.
Использование потока кислорода, рецикла дымовых газов и рецикла диоксида углерода после процесса улавливания углерода позволяет обеспечить повышение концентрации диоксида углерода в потоке дымовых газов до 29% об., что принципиальным образом упрощает организацию процесса улавливания диоксида углерода, снижает капитальные и операционные затраты на улавливание 1 тонны диоксида углерода. Также подача кислорода и рецикл дымовых газов, рецикл диоксида углерода позволяет снизить концентрацию азота до 29% об., который является разбавителем и инертным газом, значительно усложняющим режим работы процесса улавливания диоксида углерода.