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Die Erfindung bezieht sich auf die Abtrennung feinteiliger fluidisierter Katalysatorteilchen aus gasförmigen Reaktionsprodukten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Abtrennung suspendierter Katalysatorteilchen aus einem gasförmigen Strom in Zyklonabscheidern.
Im Zyklonabscheider wird eine Suspension bestehend aus einem gasförmigen Material, welches feinteiliges Feststoffmaterial mitgerissen hat, in den Abscheider tangential eingeführt, so dass ihr eine
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wirkung werden die Feststoffteilchen auf die andere Wand des Zyklonabscheiders geschleudert und gleiten sodann an der Zyklonwand nach unten in einen darunter befindlichen Feststoff-Sammeltrichter, aus welchem sie beispielsweise durch ein Standrohr oder ein Tauchrohr abgezogen werden. Das auf diese
Weise von den Feststoffen abgetrennte gasförmige Material wird beispielsweise über einen zentralen offenen
Kanal, der sich von einer Ebene unterhalb des tangentialen Suspensionseinlasses durch den Kopf des
Zyklonabscheiders hindurch bis oberhalb desselben erstreckt.
Eine besonders nützliche Anwendung einer solchen Vorrichtung ist die im Zusammenhang mit organischen Reaktionen, bei denen fluidisierte
Katalysatorteilchen verwendet werden, wie beispielsweise bei der katalytischen Behandlung von
Erdölfraktionen durch Kracken der Synthese von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, der Umwandlung von Methanol zu flüssigen Kohlenwasserstoffen oder andern Verfahren, bei denen ein fluidisierter Katalysator eingesetzt wird.
Bei modernen Verfahren, wie beispielsweise beim Liftkatalytischen-Kracken sind enorme Mengen an
Katalysator in gasförmigen Materialien suspendiert und werden in katalytischen Liftkrackanlagen gehandhabt, wobei es notwendig ist, die Suspensionen rasch in eine Katalysatorphase und eine gasförmige
Phase zu trennen, nachdem die der Umwandlung unterworfene Suspension die Liftanlage oder Umwandlungszone durchlaufen hat.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Tennung einer Suspension, bei dem die Verluste sowohl in der Katalysatorphase als auch in der Gasphase herabgesetzt werden. Beim erfindungsgemässen Verfahren soll, was besonders wichtig ist, die Abtrennung der gasförmigen
Produktphase von der Katalysatorphase erfolgen, während eine oder mehrere gewünschte chemische Reaktionen in Gegenwart des Katalysators durchgeführt wurden.
Insbesondere bezweckt das erfindungsgemässe Verfahren die rasche Trennung einer Produktsuspension enthaltend fluidisierte Katalysatorteilchen nach einer Kurzkontaktzeit-Umwandlungszone, durch welche der Katalysator in einer Zeitperiode von normalerweise weniger als 15 s fliesst, um eine übermässige Verlängerung der gewünschten Umwandlungsreaktionen zu vermeiden. Bei modernen Anlagen ist es nicht unüblich, Liftumwandlungszonen anzuwenden, um Reaktionsfolgen mit relativ kurzen Kontaktzeiten zu ermöglichen, wie beispielsweise im Falle des katalytischen Krackens von Erdölfraktionen, und die die Suspension bildenden Reaktionsprodukte direkt in Zyklonabscheider einzublasen, welche sich am Ende der Liftumwandlungszone befinden.
Die derzeit in Verwendung befindlichen Zyklonabscheider ermöglichen jedoch eine weitere verlängerte Kontaktzeit zwischen der Produktphase und der Katalysatorphase eines Teiles der abgezogenen Suspension. Es wurde gefunden, dass diese verlängerte Kontaktzeit zu Verlusten im gewünschten Produkt führen, welche dies etwa 10% betragen können. So wurde festgestellt, dass die Verluste an Benzinausbeute auf Grund von Überkrackung im Bereich von etwa 0, 15 bis etwa 1, 5 Vol.-%, bezogen auf die Frischbeschickung, liegen können. Daher ist ein Gegenstand der Erfindung die Erzielung einer rascheren Abtrennung der Produktdämpfe aus dem Catkracken von den Katalysatorteilchen insbesondere in der Zyklonabscheideranlage, welche der Liftzone des Krackverfahrens, die für relativ kurze Kontaktzeiten ausgelegt ist, nachgeschaltet ist.
Erfindungsgemäss sind die einem Liftauslass zugeordneten Zyklonabscheider in der in Fig. 1 gezeigten Form abgeändert, so dass sie einen zusätzlichen, sich nach unten erstreckenden zylindrischen Abschnitt aufweisen, der einen unteren Zyklon bildet. Bei dieser Anordnung wird der im oberen Zyklon von gasförmigen Material abgetrennte Katalysator, der sich an der Wand des Zyklons nach unten bewegt, von der Wand durch eine nach unten abfallende Schrauben- oder ringförmige Trennplatte nach unten geschabt, welche den oberen und den unteren Zyklon voneinander trennt. Der von der schraubenförmigen Trennplatte gesammelte Katalysator wird mit tangential eingeführtem Dampf in Berührung gebracht, wobei im wesentlichen sofort eine weitere Abtrennung von eventuell mitgenommenem Kohlenwasserstoffprodukt aus dem aus dem oberen Zyklon entfernten Katalysator erfolgt.
Der Abstreifdampf und die abgestreiften Kohlenwasserstoffe werden aus dem unteren Zyklon in dem oberen Zyklon durch ein konzentrisches Rohr
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mit offenem Ende geführt, welches mit dem Dampfauslass des oberen Zyklons fluchtet, jedoch zu diesem in einem Abstand liegt. Eine Durchwirbelung des zentrifugal abgestreiften Katalysators im unteren Zyklon kann verhindert werden, in dem man im unteren Katalysatorsammelabschnitt der kombinierten Zyklonabscheidereinheit einen Wirbelbrecher anordnet. Der Katalysatorsammelabschnitt ist normalerweise ein konischer Abschnitt zwischen den zylindrischen Wänden des Zyklonabscheiders und dem Katalysatortauchrohr, durch welches der Katalysator abgezogen wird.
Die Fig. 1 zeigt den erfindungsgemässen Abstreifer-Zyklon schematisch im Aufriss, die Fig. 2 ist eine schematische Darstellung im Aufriss eines Liftreaktors, an dessen Auslass der Abstreiferzyklon gemäss Fig. 1 angeordnet ist. Die Kombination ist in einem grösseren Kessel untergebracht, der im unteren Bereich eine Katalysatorabstreifzone und im oberen Bereich Zyklonabscheider zur Abtrennung des Katalysators vom im oberen Teil abgestreiften Gas aufweist.
Die Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, welche die durch ein konventionelles Zyklontauchrohr mit Katalysator abgetrennte Menge an Kohlenwasserstoffen veranschaulicht und zeigt, dass sie mit der Katalysatorbeladung abnimmt, die Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, welche zeigt, dass Kohlenwasserstoffe aus dem Katalysator in einem hohen Prozentanteil verdrängt oder abgestreift werden können, indem man die Dampfgeschwindigkeit und die Katalysatorströmungsgeschwindigeit erhöht, die Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die veranschaulicht, dass die in Fig. 4 gezeigten Ergebnisse ohne merklichen Verlust an Zyklon Wirksamkeit erzielt werden können, wenn man die erfindungsgemässe Abstreifer- Zyklon - Kombination verwendet.
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Darstellung ist ersichtlich, dass ein typischer Zyklonabscheider dadurch modifiziert wurde, dass der
Katalysatorsammeltrichter des Zyklons verlängert wurde, um die besondere Katalysatorsammel- und
Abstreifvorrichtung gemäss der Erfindung aufzunehmen, wobei unterhalb des oberen oder ersten
Zyklonabscheiders eine zweite Zyklonabscheideranordnung vorgesehen ist. Bei der Anordnung gemäss Fig. 1 wird eine Suspension bestehend aus Katalysator und Reaktionsprodukten, wie beispielsweise Reaktionsprodukten aus der katalytischen Krackung, in den Zyklon durch das Rohr --2-- eingeführt, welches eine rechteckige oder eine runde Rohrleitung sein kann.
Durch das Rohr --2-- wird die Suspension tangential in den zylindrischen Zyklonabschnitt --4-- eingeführt, wobei eine Zentrifugalabscheidung der festen Katalysatorteilchen von dampfförmigen oder gasförmigen Reaktionsprodukten erfolgt. Wie bereits erwähnt wurde, gleiten die festen Teilchen die zylindrische Wand --4-- nach unten, um dort in der beschriebenen Weise gesammelt und/oder abgestreift zu werden. Verschiedenartiges, von den Feststoff- oder Katalysatorteilchen abgetrenntes Material tritt in den offenen bodenseitigen Einlass des Rohres --6-- ein und wird nach oben durch die Leitung --6-- zur Rückgewinnung abgeführt, wie später deutlicher aus der Beschreibung der Fig. 2 hervorgeht.
Die zentrifugal abgeschiedenen Feststoffe, welche an der Wand des Zyklonabscheiders nach unten gleiten, werden veranlasst, sich durch einen Ringabschnitt zu bewegen, der zwischen einem zweiten zylindrischen Rohr --8-- mit offenem Ende und kleinerem Durchmesser als der der Sammeltrichterwand --10-- des Zyklons gebildet, jedoch nach unten im Abstand und entfernt vom bodenseitigen offenen Ende der Leitung --6-- angeordnet ist. Eine nach unten abfallende Trennplatte --12-- oder eine schraubenförmige Trennplatte --12-- bildet eine vertikale Öffnung --14-- in einem Teil des Ringes durch welchen die abgetrennten Feststoffe in eine zweite Ringzone in Berührung mit Abstreifdampf strömen müssen, welcher tangential durch die Leitung --16-- zugeführt wird.
Die Leitung --16-- kann ebenfalls rechteckig oder rund ausgebildet sein, um den Abstreifdampf tangential zum Zyklon unterhalb der Trennplatte und des Katalysatoreinlasses --12-- einzuführen. Der durch die öffnung --12-- eintretende Katalysator wird mit dem durch die Leitung --16-- eingeführten Dampf in Berührung gebracht, wonach das Gemisch durch die Zentrifugalwirkung im Ringabschnitt unterhalb der Trennplatte --12-- und zwischen dem unteren Teil des Rohres --8-- und der zylindrischen Wand --18-- des Zyklonabscheiders getrennt wird. Der in dieser Weise anfallende abgestreifte und abgetrennte Katalysator gleitet sodann die Wand --18-- nach unten und wird in einem durch die Wand --20-- gebildeten konischen Trichter gesammelt.
Vom Boden des konischen, durch die Wand --20-- gebildeten Abschnittes erstreckt sich ein Tauchrohr --22-- nach unten.
Abgestreifte Kohlenwasserstoffe und Abstreifgas bzw. Dampf, die vom Katalysator abgetrennt wurden, strömen durch die Leitung --8-- nach oben in die Leitung --6--.
Gemäss der in Fig. 2 gezeigten schematischen Darstellung ist der Abstreifer-Zyklon gemäss Fig. 1 an das Auslassende einer Liftumwandlungszone --24-- angeschlossen und in einem verbreiterten Kessel --26--
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untergebracht. Der untere Teil des Kessels --26-- und insbesondere der den zylindrischen Abschnitt - enthaltende Teil wird normalerweise als Katalysatorabstreifabschnitt verwendet, in welchem die
Prallplatten--32, 34 und 36-- vorgesehen sind.
Abstreifdampf wird in den unteren Abschnitt über die
Leitungen --38 und 40-- eingeblasen. Das Niveau des Katalysators, welches im Abstreifabschnitt aufrechterhalten wird, kann bis etwa zur Linie --42-- reichen, normalerweise wird es jedoch so niedrig wie möglich gehalten, bzw. so niedrig, wie es die gewünschte Abstreifung des Katalysators zulässt. Je nach den durch die Situation gegebenen Erfordernissen kann das Tauchrohr --22-- weiter nach unten in den Kessel geführt werden. Abgestreifter Katalysator wird aus der Abstreifzone durch die Leitung --44-- einer nicht dargestellten Katalysatorregenerierzone zugeführt.
Eine Suspension von Kohlenwasserstoffen und Katalysator strömt nach oben durch den Lifter --24-- unter den gewünschten Krackbedingungen, wobei gewöhnlich eine Temperatur von mehr als 480 C und eine Kohlenwasserstoffverweilzeit zusammen mit suspendiertem Katalysator von weniger als etwa 15 s angewendet werden. Die Kohlenwasserstoffverweilzeit im Lifter --24-- kann auf einem Bereich von 2 bis 8 s eingeschränkt werden, wobei eine Reaktionstempe- ratur von etwa 5200C oder mehr angewendet wird. Die Suspension im Lifter --24-- strömt neben dem oberen Ende desselben durch eine Öffnung --2-- in eine im einzelnen in Fig. 1 veranschaulichte und im
Zusammenhang mit dieser näher beschriebene Abstreifer-Zyklon-Anordnung.
Die abgetrennten dampfförmigen Materialien bestehend aus Kohlenwasserstoffen und Abstreifdampf strömen durch die Leitung --6-nach oben in einen oberen Teil des Kessels --26-- oder sie strömen direkt in eine Beruhigungskammer - -46--, aus welcher sie über die Leitung --48-- zur nicht dargestellten Produktfraktionieranlage abgezogen werden. Wenn das im Zyklon --4-- abgeschiedene dampfförmige Material in den oberen Teil des Kessels --26-- geführt wird, muss es sodann durch den Zyklon --52-- und die Leitung --54-- in die KÅammer --46-- geleitet werden.
Abgestreifte Produkte und Abstreifgas, welche vom Katalysator in der Abstreifzone --28-- des Kessels --26-- abgetrennt wurden, strömen durch die kugelförmige Öffnung des Zyklonabscheiders --52--, worin mitgerissene Katalysatorfeinteüchen vom Abstreifgas abgetrennt werden, bevor dieses durch die Leitung --54-- in die Beruhigungskammer --46-- strömt. Die abgetrennten Katalysatorfeinteilchen werden im Trichter --56-- gesammelt und aus diesem durch das Tauchrohr --58-- abgezogen, um zum Katalysatorbett --60-- im Bodenteil des Kessels --26-- rückgeführt zu werden. Die Vorrichtung, die sich für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und insbesondere für das katalytische Kracken von Kohlenwasserstoffen eignet, wurde im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben.
Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches die Menge an Kohlenwasserstoffen veranschaulicht, welche einen Zyklonabscheider mit dem Katalysator über die Tauchrohre unter verschiedenen Bedingungen der Katalysatorbeladung verlassen. Die graphische Darstellung ist im wesentlichen selbst erläuternd und zeigt, dass mit Erhöhung der Katalysatorbeladung die Menge an mit diesem entweichenden Kohlenwasserstoffen abnimmt. Die Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die den Prozentanteil an Gesamtkohlenwasserstoffen veranschaulicht, welche aus dem Zyklontauchrohr unter verschiedenen Dampfabstreifbedingungen und Katalysatorbeladungsbedingungen austreten.
Demnach erhöht sich die Menge an Kohlenwasserstoffen, d. h. ein Überkracken der Produkte wird begünstigt, wobei die Ausbeute an erwünschtem Benzinprodukt um bis 1, 5 Vol.-%, bezogen auf die Beschickung, abnimmt. Dieser Ausbeuteverlust wird besonders durch die graphische Darstellung der später beschriebenen Fig. 6 hervorgehoben.
Die Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, welche die Wirkung des Dampfabstreifens auf die Wirksamkeit der Zyklonabscheidung unter Verwendung der erfindungsgemässen Abstreifer-Zyklon-Kombination veranschaulicht. Es ist den Werten der Fig. 5 zu entnehmen, dass die Trennwirkung des Zyklons in nicht unerwünschter Weise beeinflusst wird, dass sie jedoch mit dem Volumen an Abstreifdampf abnimmt.
Jedenfalls beträgt die Wirksamkeit des Zyklons wenigstens 95%.
Die Fig. 6 zeigt in Form einer graphischen Darstellung einen Vergleich zwischen einer erfindungsgemäss arbeitenden kleinen Versuchsanlage und einer technischen Betriebsweise, bei welcher der erfindungsgemäss eingesetzte Abstreifer-Zyklon nicht verwendet wurde. Die der Darstellung entnehmbaren Werte zeigen eine Erhöhung der Benzinausbeute in der kleinen Versuchsanlage, in welcher der Abstreifer-Zyklon verwendet wurde, sowie eine Herabsetzung der Trockengasausbeute.