CH532654A - Verfahren zum Nutzbarmachen des Energieinhaltes des bei katalytischen Krackanlagen anfallenden Rauchgases - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Nutzbarmachen des Energieinhaltes des bei katalytischen Krackanlagen anfallenden
Rauchgases
Unter den exotherm verlaufenden chemischen Prozessen nimmt der katalytische Krackprozess zur Benzinerzeugung insofern eine besondere Stellung ein, als beim Abbrennen des am Katalysator sich anlagernden Ölkoks, welches im sogenannten Regenerator erfolgt, Rauchgas mit bei   6200C    liegender Temperatur, mit Drücken zwischen 1,3 und 1,8 atü und einem CO-Gehalt von 4-10%, also ein Abgas mit beträchtlichem Energieinhalt, anfällt.

  Man ist daher bestrebt, einen möglichst grossen Teil der im Rauchgas des Krackprozesses enthaltenen Energie zurückzugewinnen, und leitet das aus dem Regenerator kommende Rauchgas, ehe man es durch den Schornstein abbläst, über einen Abhitzekessel, also eine Art Wärmetauscher, in dem das Rauchgas zur Dampferzeugung herangezogen und dabei abgekühlt wird. Der Druck in einer solchen   bisher üblichen    Anlage wird durch ein Regelventil, welches in der Rauchgasleitung hinter dem Abhitzekessel angeordnet ist, den Betriebsverhältnissen bzw. Betriebsbedürfnissen entsprechend eingestellt. Nach dem Regelventil wird das Rauchgas über einen Schalldämpfer und einen Schornstein in die Atmosphäre abgeleitet.

  Diese Art des Energierückgewinnes und der Regelung der Krackanlage ist jedoch wenig befriedigend, weil einerseits der Energierückgewinn im genannten Abhitzekessel mit geringem Wirkungsgrad gegeben ist, weil sich dem Rauchgas wohl die Wärme zum guten Teil entziehen lässt, die im verbrennbaren CO-Anteil latente Energie aber völlig verlorengeht und anderseits das im erosiven Rauchgasstrom liegende Regelventil ein besonders störanfälliges Element ist, dessen notwendiges Zusammenwirken mit der Regelung des die Verbrennungsluft liefernden Kompressors bei häufig wechselnden Prozessverhältnissen überdies recht problematisch wird. Der Ausstoss von immerhin ganz beträchtlichen Mengen an   Co    ist auch aus Gründen der Reinhaltung der Luft äusserst unerwünscht.

  Auch führt das Rauchgas trotz im allgemeinen im Regenerator vorgesehener Zyklone noch immer Katalysatormaterial mit sich, welches somit verlorengeht und auch zur Luftverunreinigung beiträgt
Es ist das Ziel der Erfindung, die aufgezeigten Mängel der bisher üblichen Energierückgewinnung aus dem Rauchgas von Krackprozessen zu vermeiden und den gesamten Wirkungsgrad einer solchen Anlage und ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Betriebsbedingungen zu verbessern.



   Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Nutzbarmachen des Energieinhaltes des bei katalytischen Krackanlagen anfallenden Rauchgases und zur wirtschaftlicheren Regelung solcher Krackanlagen, wobei die für die Regenerierung des Katalysators erforderliche Verbrennungsluft über einen Kompressor dem Regenerator zugeführt wird.



   In erfindungsgemässer Weise wird das anfallende Rauchgas über einen vom Regenerator unabhängigen Zyklon einer Abgasturbine zugeführt, wird der im Rauchgas enthaltene brennbare CO-Anteil in einem der Turbine nachgeschalteten katalytischen CO-Boiler verbrannt und wird über eine an dem Krackprozess vorbeiführende, zwischen Kompressor und Regenerator abzweigende Leitung die sich bei geringerem Bedarf an Verbrennungsluft ergebende Überschussluft zwecks Aufwärmung über den CO-Boiler geführt und dem vom Regenerator kommenden Rauchgas vor dem Zyklon zugemischt.



   An Hand der beiliegenden Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Energierückgewinnung und zur besseren, d. h. wirtschaftlicheren Regelung von Krackanlagen näher erläutert. In diesem Schema ist mit 1 und 2 der Reaktor bzw.



  Regenerator einer katalytischen Krackanlage, mit 3 der Turbokompressor zur Förderung der Verbrennungsluft zur Regenerierung des Katalysators und mit 4 dessen Antriebsmaschine, im allgemeinen ein Asynchronmotor, bezeichnet. Bei bisher bekannten Krackanlagen wird das aus dem Regenerator kommende Rauchgas über einen Abhitzekessel 5 (Wärmetauscher), der im allgemeinen zur Dampfgewinnung vorgesehen ist, und ein Regelventil 11 in den Schornstein 6 geleitet und damit in die Atmosphäre abgeführt. Beim erfindungsgemässen Verfahren hingegen wird das aus dem Regenerator 2 kommende Rauchgas zur weiteren Abscheidung im Rauchgas noch mitgeführter fester Teilchen (insbesondere Katalysatormaterial) einem Zyklon 9 zugeleitet und von diesem der Abgasturbine 7, die mit einem Generator 8, im allgemeinen einem Asynchrongenerator oder einer sonstigen Maschine gekoppelt ist.

  In der Abgasturbine 7 wird das mit etwa 1,3 bis 1,8 atü eintretende Rauchgas weitgehend entspannt und damit auch abgekühlt. Sein Energieinhalt wird somit in elektrische oder  mechanische Energie umgewandelt, die für den Eigenbedarf der Anlage herangezogen werden kann. Mit 12 ist das Eintrittsventil der Turbine 7 angedeutet, welches bei der beschriebenen Anlage praktisch nur die Aufgabe eines Sicherheits (Schnellschluss-)Ventiles hat, da eine Ventilregelung der Turbine in der sonst üblichen Weise auf Grund der später näher erläuterten Zusammenhänge nicht erforderlich ist. Das aus der Turbine 7 austretende entspannte Rauchgas wird dann in erfindungsgemässer Weise einem katalytisch arbeitenden CO Boiler 10 zugeführt, in dem das im Rauchgas in grösseren Mengen (nämlich etwa mit   4-lO^c)    enthaltenen Kohlenmonoxyd verbrannt wird.

  Das aus dem CO-Boiler 10 austre   endes    von seinem CO-Gehalt gereinigte Rauchgas wird dann über den schon erwähnten Schornstein 6 in die Atmosphäre abgeführt.



   Von der vom Turbokompressor 3 zum Krackprozess (also konkret in den Regenerator 2) führenden Druckluftleitung zweigt eine Leitung 15 ab, über die, geregelt durch das in ihr liegende Ventil   14,    ein Teil der vom Kompressor 3 geförderten Luft über den CO-Boiler 10 am chemischen Prozess vorbeigeführt   werden    kann. Diese Leitung 15 (Bypassleitung) mündet vor dem Zyklon 9 in die vom Regenerator   7    kommende Rauchgasleitung. In ähnlicher Weise zweigt hinter dem Zyklon 9 und vor dem Eintrittsventil   12    der Turbine 7 eine Leitung 19   ab,    über die bei offenem Ventil 13 das Rauchgas-Luft Gemisch an der Turbine 7 vorbeigeführt werden kann. Diese Leitung 19 mündet vor dem CO-Boiler 10 in die in den Schornstein 6 führende Rauchgasleitung.

  Die im CO-Boiler entstehende Wärme wird. so weit sie nicht zur Aufwärmung der   Bypassluft    gebracht wird, für andere Zwecke, z. B. zur Dampferzeugung, verwendet, was in der Zeichnung durch   di    Kesselwasserspeiseleitung 17 bzw. die Dampfleitung 18 angedeutet ist. Gegebenenfalls kann im CO-Boiler 10 der Heizwert des Rauchgases erhöht werden. indem ihm Heizgas entspre   hend    dosiert zugesetzt wird. Diese Möglichkeit ist in dem Schema durch die Heizgasleitung 16 angedeutet.

  Falls der Sauerstoff der Bypassluft nicht ausreicht. die katalytische CO Verbrennung mit gutem Wirkungsgrad vor sich gehen zu las   sein,    besteht die Möglichkeit, dem CO-Boiler 10 Fremdluft zuzuführen. was in der Zeichnung durch die Leitung   22,    ein Gebläse   23    und eine das Gebläse antreibende Maschine 24 angedeutet ist. Das Gebläse 23 ist über eine Kupplung 25 mit der Maschine   '4    verbunden.



   Die Arbeitsweise der Krackanlage mit Energierückgewinnung aus dem Rauchgas ist wie folgt. Der Turbokompressor 3 läuft mit konstanter. durch den maximalen Bedarf der Krackanlage an Verbrennungsluft gegebener Förderleistung, kann also stets mit bestem Wirkungsgrad betrieben werden. Der bei nicht voll ausgenützter Kapazität der Krackanlage bzw. anderer Fahrweise (z. B. Konversion) somit gegebene Druckluft überschuss wird. geregelt durch das Ventil 14, über die   Bypassleitung    15 am Krackprozess vorbeigeführt. Die sich jeweils ergebende Überschussluft wird im CO-Boiler von etwa   'QOkC    auf etwa   6000C    (entsprechend etwa der Temperatur des aus dem Regenerator   2    kommenden Rauchgases) aufgewärmt und vor dem Zyklon 9 dem Rauchgasstrom wieder zugeführt.



  Dies hat vor allem den Vorteil, dass. wie schon gesagt. der Kompressor stets mit bestem Wirkungsgrad betrieben werden kann, ohne z. B. etwa mit Leitschaufelverstellung arbeiten zu müssen, dass auch die Zyklonanlage 9 und die Abgasturbine 7 mengenmässig immer gleich beaufschlagt sind und somit ohne komplizierte Regelungsmassnahmen gleichfalls mit stets optimalem Wirkungsgrad arbeiten können, auch wenn die Krackanlage mit stark schwankender Belastung fährt. Die Regelung der dem Regenerator 2 zugeführten Verbrennungsluft erfolgt   llso    über das Ventil 14, ein Regelorgan, welches nur von reiner Luft beaufschlagt ist und daher im Gegensatz zu dem erwähnten, im erosiven Rauchgasstrom liegenden Ventil 11 weit weniger gefährdet und somit betriebssicherer ist.

  Der Sauerstoffgehalt der über die Leitung 15 dem Rauchgas zugeführten Bypassluft kommt der CO-Verbrennung im Boiler 10 zugute, die sich auch durch die schon erwähnte Zumischung von Heizgas bzw. Fremdluft so steuern lässt, dass das durch den Schornstein 6 entweichende Rauchgas praktisch keinen CO-Anteil besitzt. Es ist also nicht nur eine mit sehr gutem Wirkungsgrad erfolgende Energierückgewinnung aus dem Rauchgas von Krackanlagen erzielbar, sondern es wird auch der Luftverunreinigung insbesondere durch den CO-Anteil des Rauchgases wirkungsvoll vorgebeugt. Durch das schon erwähnte stets optimale Arbeiten des   Zyklone    9 ist überdies ein guter Schutz der nachgeschalteten Turbine 7 vor Erosion durch im Rauchgas mitgerissene feste Teilchen gegeben. Auch kann das sich im Zyklon 9 ansammelnde Katalysatormaterial eventuell dem Prozess wieder zugeführt werden.

  Durch entsprechende Steuerung der Dampferzeugung im CO-Boiler 10 und bzw. oder gezielte Dosierung der Heizgas- bzw. Fremluftzumischung lässt sich auch die Temperatur der Überschussluft so regeln, dass nicht nur die Beaufschlagung des Zyklons 9 und der nachfolgenden Abgasturbine 7 sondern auch die Eintrittstemperaturen des Rauchgas-Luft-Gemisches konstant gehalten werden, so dass zumindest für den stationären Betrieb die mit Temperaturschwankungen des Störungsmittels verbundenen Gefahren weitgehend ausgeschaltet werden können.

  Bei Störungen im elektrischen Teil der Anlage (Ansprechen der   Generatorschutzeinrichtungen)    oder bei Schäden an der Turbine kann das Rauchgas-Luft-Gemisch über die Leitung 19 an der Turbine 7 vorbeigeführt   werden.    Hierzu sind die Ventile    12    und 13 so miteinander gekoppelt (im Schema durch die strichlierte Linie   20      angedeutet)    dass ein schliessen des Ventiles   12    ein sofortiges Öffnen des Ventiles 13 zur Folge hat und umgekehrt.

  Bei geöffneter Leitung 19 geht also die Möglichkeit, aus dem Rauchgas elektrische oder mechanische Energie zu gewinnen, verloren. die übrigen Vorteile aber (stets gleicher Wirkungsgrad des Kompressors 3 und des Zyklons   9.    nutzbringende Beseitigung des CO-Anteiles des Rauchgases im Boiler
10 und gute Regelbarkeit der dem Krackprozess zuzuführenden Druckluft) bleiben jedoch auch in einem solchen Fall voll erhalten. 

  Um schliesslich bei einer Störung, die auch den
Zyklon 9 oder den CO-Boiler 10 betriebsunfähig macht. oder bei Revisionsarbeiten in der   Energierückgewinnungsanlage    eine Art Notbetrieb aufrecht erhalten zu können, ist zwischen der Rauchgasabzweigung zum Wärmetauscher 5 und der Einmündung der Bypassleitung 15 ein weiteres Ventil   71    vorgese   hen,    so dass nach Schliessen dieses Ventils   21    und des Regelventiles 14 die Rauchgasabfuhr noch immer durch den Wärmetauscher 5 und geregelt durch das Ventil 11 erfolgen kann. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zum Nutzbarmachen des Energieinhaltes des bei katalytischen Krackanlagen anfallenden Rauchgases und zur wirtschaftlicheren Regelung solcher Krackanlagen, wobei die für die Regenerierung des Katalysators erforderliche Verbren nungsluft über einen Kompressor dem Regenerator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das anfallende Rauchgas über einen vom Regenerator (') unabhängigen Zyklon (9) einer Abgasturbine (7) zugeführt wird, dass der im Rauchgas enthaltene brennbare CO-Anteil in einem der Turbine (7) nachgeschalteten katalytischen CO-Boiler (10) verbrannt wird, und über eine an dem Krackprozess vorbeiführende,

   zwischen Kompressor (3) und Regenerator (') abzweigende Leitung (15) die sich bei geringerem Bedarf an Verbrennungsluft ergebene Überschussluft zwecks Aufwärmung über den CO Boiler (lo) geführt und dem vom Regenerator (') kommen den Rauchgas vor dem Zyklon (9) zugemischt wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass bei konstanter Förderung des Kompressors (3) die über die Bypassleitung (15) geführte Überschussluft über ein Ventil (14) geregelt wird, welches abhängig von dem durch den jeweiligen Belastungszustand der Krackanlage gegebenen und zum Teil auch vom zu verarbeitenden Rohmaterial abhängigen Bedarf an Verbrennungsluft gesteuert wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der CO-Boiler (10) mit Heizgas (Heizgasspeisung 16) zusätzlich beheizt wird und zur Dampferzeugung herangezogen wird (Kesselwasseranspeisung 17).

   3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei der katalytischen Verbrennung dem CO-Boiler (10) in Abhängigkeit vom Sauerstoffbedarf Fremdluft zugeführt wird (Fremduft-Leitung 22, Gebläse 23. Gebläseantrieb 24).

   4. Verfahren nach Patentanspruch oder einem der vorangehenden Unteransprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (7) einen Generator (8) antreibt.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass bei Störungen im elektrischen Teil der Anlage (Ansprechen der Schutzeinrichtungen für Generator 8) über eine nach dem Zyklon (9) und vor dem Turbineneintrittventil (12) abzweigende Leitung (19) das Rauchgas an der Abgasturbine (7) vorbeigeführt wird.

   6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der abzweigenden Leitung (19) ein Ventil (13) vorgesehen ist, welches mit dem Turbineneintrittsventil (12) so gekoppelt ist, dass es beim Schliessen des letzteren öffnet und umgekehrt.

   7. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet.

   dass die Erwärmung der durch den CO-Boiler (10) geführten Überschussluft gesteuert wird, und zwar so, dass für jeden Belastungszustand der Krackanlage die Temperatur des in den Zyklon (9) eintretenden Rauchgas-Luft-Gemisches für den stationären Zustand der Anlage praktisch konstant gehalten wird.