CH650014A5 - Verfahren zur decarbonisierung oder entmetallisierung einer kohlenwasserstoff-charge eines roherdoels. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, den Anteil von schweren Erdölrohprodukten zu erhöhen, die als Beschickungsmaterial für katalytische Crack-anlagen zwecks Erzeugung von Superkraftstoffen (premium petroleum products), insbesondere Motorbenzinen mit hoher Octanzahl oder als hochwertiges schweres Heizöl, technisch verwendbar sind. Die schweren Endfraktionen von vielen Roherdölen weisen hohe Conradson-Carbon-Testwer-te (die gelegentlich auch als Ramsbottom-Carbon-Testwerte bezeichnet werden) und Metallgehalte auf, die in dem Beschickungsmaterial für katalytische Crackanlagen und in Produkten, wie z.B. schweren Heizölen, unerwünscht sind. Die vorliegende Erfindung offenbart eine wirtschaftlich attraktive Arbeitsmethode zur selektiven Entfernung und Nutzbarmachung dieser unerwünschten Komponenten aus den gesamten Roherdölen und aus den bei den unter Normaldruck und unter Vakuum durchgeführten Destillationen anfallenden Rückständen, die für gewöhnlich kurz als atmosphärische und Vakuumrückstände oder «Resids» bezeichnet werden. Die Ausdrücke «Rückstandsmaterialien», «Resids» und ähnliche technische Oberbegriffe werden in dieser Erfindungsbeschreibung in einem etwas breiteren Sinne als üblich benutzt, und sie sollen jede Erdölfraktion umfassen, die nach einer fraktionierten Destillation zwecks Entfernung von irgenwelchen leichter flüchtigen Komponenten zurückbleibt. In diesem Sinne stellen auch «getoppte Erdöl5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

650014

rohprodukte», die nach dem Abdestillieren von Benzin und leichteren Produkten hinterbleiben, ein «Resid» dar. Die in den Rohprodukten vorhandenen Verbindungen, die den unerwünscht hohen «CC»-Gehalt (Conradson-Carbon-Ge-halt) und den Metallgehalt aufweisen, neigen dazu, sich in den «Resids» anzusammeln, da die meisten von ihnen eine geringe Flüchtigkeit aufweisen. Die Ausdrücke «Conradson--Carbon» und «Ramsbottom-Carbon» beziehen sich auf die beiden Tests, welche zur Bestimmung dieser unerwünschten Bestandteile am häufigsten durchgeführt werden. Es können zwar gewisse Unterschiede in den Zahlenwerten dieser beiden Tests für die gleiche Probe gefunden werden, doch sind in der Regel Testwerte aus jeder dieser beiden Methoden kennzeichnend für die gleichen charakteristischen Eigenschaften.

In dem Mass, wie die installierte Kapazität von katalyti-schen Crackanlagen vergrössert wurde, verstärkte sich auch das Bestreben, jene Betriebseinheiten mit grösseren Mengenanteilen der Roherdöle zu beschicken, die in die Raffinerie eingeführt wurden. Diesem Bestreben stehen jedoch zwei wirksame Einschränkungen entgegen, nämlich der Conrad-son-Carbon und die Metallgehalte solcher Beschickungen. Mit dem Anstieg dieser Werte werden die Kapazität und die Leistungsfähigkeit des katalytischen Crackers nachteilig beeinflusst.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Decarbonisierung oder Entmetallisierung einer Kohlenwasserstoff-Charge des Roherdöls in seiner Gesamtheit oder einer Rückstandsfraktion desselben, wie in Patentanspruch 1 definiert.

Das Verfahren ermöglicht die selektive Entfernung von hohem Conradson-Kohlenstoff und einem hohen Gehalt an Metallkomponenten aus einem Beschickungsmaterial, welches die höchstsiedenden Komponenten eines Rohöls (das ein Roherdöl in seiner Gesamtheit oder eine «Resid»-Frak-tion sein kann) enthält, und zwar vermittels eines Hochtemperatur-Kohlenwasserstoff-Kontakts bei einer Verweilzeit von nicht über 3 Sekunden mit einem heissen festen Kontaktmaterial, das als Wärmeübertragungsmedium und Akzeptor für unverdampftes Material in einer selektiven Verdampfungszone dient. Das feste Kontaktmaterial ist im wesentlichen inert in dem Sinne, dass es eine nur geringe katalytische Aktivität bezüglich der Induzierung eines Crackens des Beschickungsmaterials entfaltet und vorzugsweise eine sehr geringe Oberfläche im Vergleich zu konventionellen Crack -katalysatoren aufweist. Das feste Wärmeübertragungsmaterial, welches die brennbare Abscheidung aus der selektiven Verdampfungsstufe trägt, wird dann einer Wegbrennstufe in einer Verbrennungszone unterworfen, um die brennbare Abscheidung zu oxydieren und Hitze zu erzeugen, die dem festen Kontaktmaterial verliehen wird. Das so erhitzte Kontaktmaterial wird dann in die selektive Verdampfungszone zum Zweck des Kontakts mit dem Beschickungsmaterial wieder zurückgeführt. Durch diese Arbeitstechnik wird die Wärme, die zur selektiven Verdampfung aufzuwenden ist, durch die Verbrennung der geringstwertigen, einen niedrigen Wasserstoffgehalt aufweisenden Bestandteile des Beschickungsmaterials erzeugt.

Wie gefunden wurde, ist die selektive Verdampfung ihrer Natur nach eine Funktion von Temperatur, Gesamtdruck, Partialdruck der Kohlenwasserstoffdämpfe, Verweilzeit, Beschickungsmaterial u. dgl. Ein Effekt der Temperatur besteht in einer Neigung zur Herabsetzung der brennbaren Abscheidung auf dem Kontaktmaterial, wenn die Kontakttemperatur erhöht wird. Es werden so grössere Teile der Charge bei höheren Temperaturen verdampft, und der Sekundäreffekt des thermischen Crackens der abgeschiedenen Kohlenwasserstoffe steigt bei höheren Temperaturen an. Diese Effekte der höheren Temperatur erhöhen die Produktausbeute aus der Operation und vermindern den Treibstoff, welcher der Verbrennungszone in Form der brennbaren Abscheidung geliefert wird. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die selektive Verdampfungszone bei etwa der Minimaltemperatur betrieben, welche die Temperatur Verbrennungszone auf einer gewünschten vorbestimmten Temperatur zu halten vermag. Diese vorbestimmte Temperatur der Verbrennungszone wird vorzugsweise auf die oder nahe bei der maximal zulässigen Temperatur der Verbrennungszone eingestellt, die für gewöhnlich durch die metallurgischen Grenzen des Brenners bestimmt wird.

Sieht man die Brennertemperatur als die Hauptfunktion an, dann bildet die erfindungsgemässe dynamische Regulierungsstrategie eine Nebenregulierung der Temperatur der selektiven Verdampfungszone, und dieselbe kann eingestellt werden, wie es die Schwankungen des Beschickungsmaterials und dergleichen erfordern.

In den beiliegenden Zeichnungen stellt:

Fig. 1 ein nach der Lehre der Erfindung aufgebautes System zur Produktion eines Beschickungsmaterials für eine FCC-Einheit, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des dynamischen Regulierungssystems, das gemäss der Erfindung benutzt wird, dar.

Die selektive Verdampfungsstufe der Erfindung zur Decarbonisierung und bzw. oder Entmetallisierung des Chargenmaterials wird praktisch realisiert durch Inkontaktbrin-gen der Roherdöl-oder «Resid»-Charge in einer abgegrenzten Steigrohrkolonne mit einem inerten Feststoff von kleiner Oberfläche unter Einhaltung einer sehr kurzen Kohlenwasserstoff-Verweilzeit bei hoher Temperatur, Abtrennen der dampfförmigen Kohlenwasserstoffe von dem Feststoff und ein so schnell wie irgend möglich durchgeführtes Abschrek-ken der Kohlenwasserstoffdämpfe auf eine unter der Crack-Temperatur liegende Temperatur.

Da bei dem Prozess eine äusserst schnelle Verdampfung erfolgt und ein Cracken nur in unbedeutendem Ausmass eintritt, ist die konventionelle Methode zur Errechnung der Verweilzeit in oberflächlich ähnlichen FCC-Steigrohrreaktoren für das erfindungsgemässe Verfahren nicht gut geeignet. Bei FCC-Verweilzeiten wird ein starker Anstieg der Zahl der Dampfmole mit fortschreitendem Cracken längs des Steigrohrs angenommen. Solche Wirkungen treten beim erfindungsgemässen Verfahren nur im minimalen Umfang ein. Im Fall der vorliegenden Erfindung wird die Kohlen-wassertoff-Verweilzeit auf die Länge des Steigrohrs bezogen und berechnet vom Punkt des Eintritts der Beschik-kung bis zum Punkt der Abtrennung der Feststoffe, dividiert durch die lineare Oberflächengeschwindigkeit am Trennpunkt der Feststoffe, wobei also angenommen wird, dass die lineare Geschwindigkeit längs des Steigrohres konstant ist. Eine solche Annahme ist vermutlich nicht absolut genau, doch sind die Abweichungen so gering, dass die Berechnungmethode als eine äusserst nützliche Messung angesehen werden kann. In dieser Weise gemessen, beträgt die Kohlenwasserstoff-Verweilzeit weniger als 3 Sekunden,

wenn man sie auf die technisch vorteilhafteste Ausführung der Erfindung anwendet. Da ein gewisses Cracken insbesondere der Abscheidung auf dem inerten Feststoff bei den bevorzugten Temperaturen und bei schwer siedenden Beschickungsmaterialien in unbedeutendem Ausmass eintritt, wird der praktische Betrieb in dem Umfang verbessert, bis zu dem die Verweilzeit verkürzt werden kann, was häufig durch die charakteristischen Eigenschaften der verwendeten technischen Ausrüstung begrenzt wird. Sofern es die technische Ausrüstung der Anlage zulässt, werden vorzugsweise Ver5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

650014

4

weilzeiten von weniger als 2 Sekunden, z.B. solche von 0,5 Sekunden oder weniger, eingehalten.

Die erforderliche kurze Verweilzeit wird zweckmässig dadurch verwirklicht, dass man den Feststoff in einer Partikelgrösse von etwa 10 bis 150 Mikron Durchmesser im Gemisch mit der «Resid»-Beschickung in ein Steigrohr (ri-ser) einspeist. Das Öl wird bei einer unter der thermischen Cracktemperatur liegenden Temperatur im Gemisch mit Wasserdampf und bzw. oder Wasser eingeführt, um den Partialdruck der flüchtigen Bestandteile der Charge herabzusetzen. Der katalytisch inerte Feststoff wird in die Steigrohr-Beschickungskolonne bei einer solchen Temperatur und in einer solche Menge eingespeist, dass das Gemisch eine Temperatur von oberhalb von 371°C bis zu 566°C annimmt, und unter Umständen noch höher, z.B. eine solche von 677°C, die ausreicht, um die Hauptmenge der Charge zu verdampfen.

Wie oben erwähnt, liegt die Kontakttemperatur hoch genug, um die Hauptmenge des Chargenmaterials zu verdampfen und zwar oberhalb von 482°C für «Resids», die etwa bei 260 bis 343°C sieden. Bei Materialien, die leicht siedende Endfraktionen enthalten, z.B. Roherdöle und getoppte Roherdöle, sollte eine Kontakttemperatur gewählt werden, die oberhalb des Durchschnittssiedepunkts der Charge liegt, wie er von Bland und Davidson in dem Werk «Petroleum Processing Handbook» auf Seite 14-4 definiert wird, d.h. eine Temperatur, die über der Summe der ASTM-Destillations-temperaturen vom 10%-Punkt bis zum 90%-Punkt einschliesslich, dividiert durch 9, liegt.

Am Kopf des Steigrohrs wird der Feststoff schnell von den Öldämpfen getrennt, und die letzteren werden auf Temperaturen abgeschreckt, bei denen das thermische Cracken im wesentlichen abgebremst wird. Im Verlauf dieses sehr kurzen Kontakts werden die schwer siedenden Komponenten mit hohen Conradson-Carbon-Werten, welche die Hauptmenge der Metalle enthalten, auf den festen Partikeln abgeschieden. Diese Abscheidung kann auf einem Zusammen-fliessen von flüssigen Tröpfchen, einer Adsorption, einer Kondensation oder irgendeiner Kombination dieser Mechanismen beruhen. Auf alle Falle tritt hierbei offensichtlich eine nur geringe oder gar keine Umwandlung chemischer Natur ein. Insbesondere erfolgt ein thermisches Cracken nur in geringstem Umfang, und dieses ist hauptsächlich auf die Materialien beschränkt, die auf dem Feststoff abgeschieden sind. Die Menge, die aus der Beschickung unter den bevorzugt in Frage kommenden Bedingungen entfernt wird, entspricht weitestgehend jener, die durch den Conradson-Car-bon-Wert des eingespeisten «Resids» angezeigt wird. Ferner kann man annehmen, dass der Wasserstoffgehalt des auf den Feststoffen abgeschiedenen Materials etwa 3 bis 6% beträgt, damit also deutlich unter den Werten von 7 bis 8%, wie sie im FCC-Koks normal sind, liegt.

Die Feststoffe, welche nunmehr mit den Komponenten mit den hohen Conradson-Carbon-Gehalten und den Metallkomponenten des «Resids» beladen sind, werden dann z.B. in einem Brenner mit Luft in Kontakt gebracht, und zwar unter Anwendung irgendeiner Arbeitstechnik, wie sie für die Regenerierung von FCC-Katalysatoren üblich ist, vorzugsweise unter den Bedingungen einer vollständigen CO-Verbrennung bis zu einem Wert von weniger als 1000 ppm CO im Abgas. Das Wegbrennen des abgeschiedenen Materials von den inerten Feststoffen erzeugt die Wärme, die in der Kontaktierstufe benötigt wird, wenn der inerte Feststoff zum Steigrohr zurückgeführt wird.

Die Decarbonisierungs- und Entmetallisierungsstufe, welche die vorliegende Erfindung kennzeichnet, wird vorzugsweise in einem Kontaktgefäss bzw. Kontaktor durchgeführt, das bzw. der in seinem Aufbau und in seiner Betriebsweise den Steigrohrreaktoren ähnelt, wie sie in neuzeitlichen FCC-Einheiten verwendet werden. Im typischen Fall wird eine «Resid»-Beschickung, die entweder aus einem «Vakuum-Resid» mit einem Siedepunkt von über 482°C oder aus einem bei atmosphärischer Destillation gewonnenen «Resid» besteht, das Komponenten enthalten kann, die bis herunter zu 260°C sieden, in das untere Endstück einer senkrechten Rohrleitung eingespeist. Zusammen mit den Beschickungsmaterial werden flüchtige Materialien, wie leichte Kohlenwasserstoffe, die in den Prozess zurückgeführt worden sind, Wasserdampf und bzw. oder Wasser in Mengen eingeführt, die ausreichen, um den Kohlenwasserstoff-Partialdruck beträchtlich herabzusetzen. Dieses Einspeisen der leichten Kohlenwasserstoffe, des Wasserdampfs, des Wassers usw. hat eine Einwirkung auf die Temperatur im Brenner. Das so eingespeiste Material nutzt einen Teil der fühlbaren Wärme des inerten Feststoffs zur Verdampfung und bzw. oder zur Erhitzung auf Kontakttemperatur aus und erhöht so die erforderliche inerte Feststoffmenge und vermindert die Prozentmenge an brennbarer Abscheidung auf dem inerten Feststoff für das Wegbrennen im Brenner, wodurch die Brennertemperatur herabgesetzt wird. Auch das Gegenteil ist der Fall. Die Verminderung der Menge an Wasser usw. oder die Erhöhung des Partialdrucks bewirkt einen Anstieg der Brennertemperatur. Man erkennt, dass bei einer konstanten Beschickungsgeschwindigkeit Schwankungen in den Mengen des Wassers und dgl. den Kohlenwasserstoff-Kontakt oder die Verweilzeit beeinflussen. Die angewendeten Drucke sollen ausreichen, um den Druckabfall wettzumachen, und sie sollen beispielsweise 103 bis 354 kPa (15 to 50 psia) betragen. Das Beschickungsmaterial kann in einem Ofen — der hier nicht eingezeichnet ist — vorerhitzt werden, ehe es in den Steigrohr-Kontaktor eingespeist wird, und zwar erhitzt werden auf irgendeinen gewünschten Temperaturgrad, der unter der thermischen Cracktemperatur liegt, z.B. auf 93 bis 427°C, vorzugsweise 149 bis 371°C. Höhere Temperaturen lösen ein thermisches Cracken des Beschickungsmaterials unter Erzeugung von Rohbenzin mit niedriger Octanzahl aus.

Das Chargenmaterial, das mit leichten Kohlenwasserstoffen, Wasserdampf und dgl. verdünnt worden ist, steigt in dem selektiven Verdampfungs-Kontaktor 1 mit hoher Geschwindigkeit, z.B. 12,2 m/sek oder mehr — gemessen am Kopf der senkrechten Rohrleitung — aufwärts. Der heisse inerte Feststoff wird in feinverteilter Form in das Beschickungsmaterial aus einem Standrohr 2 in einer solchen Menge und bei einer solchen Temperatur eingeführt, die ausreichen, um ein Gemisch bei einer zweckentsprechend hohen Temperatur zu bilden, bei der alle Komponenten der Beschickung — ausgenommen die sehr schwer siedenden Verbindungen mit hohem Conradson-Carbon und hohem Metallgehalt — verflüchtigt werden.

Das feste Kontakttiermittel sollte im wesentlichen inert in dem Sinne sei, dass es ein nur minimales Cracken der schweren Kohlenwasserstoffe gemäss dem Standard-Mikro-aktivitätstest induziert, der vermittels Messen der Gasöl-menge, die in Gas, Benzin und Koks beim Kontakt mit dem Feststoff in einem ortsfesten Bett umgewandelt wird, durchgeführt wird. Das in diesem Test verwendete Chargenmaterial besteht aus 0,8 g eines Midcontinent-Gasöls von 27° API, die mit 4 g des Katalysators während einer 48 Sekunden langen Ölzufuhr bei 488°C in Kontakt kamen. Dies bedeutet ein KatalysatonÖl-Verhältnis von 5 bei einer stündlichen, auf das Gewicht bezogenen Durchsatzgeschwindigkeit (WHSV) von 15. Gemäss diesem Test zeigt der hier verwendete Feststoff eine Mikroaktivität von weniger als 20, vorzugsweise von etwa 10. Als bevorzugter Feststoff kommt mikrokugeliger calcinierter Kaolinton in Frage. Zu

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

650014

den. weiteren geeigneten Feststoffen gehört der Koks aus Erdöl oder Steinkohle und ganz allgemein jeder beliebige Feststoff, welcher den oben angeführten Kriterien genügt.

Der mikrokugelige calcinierte Kaolinton, der beim erfin-dungsgemässen Verfahren vorzugsweise verwendet wird, ist in der Fachwelt an sich bekannt, und er wird als chemische Reaktionskomponente mit einer Natriumhydroxidlösung zur Herstellung von fliessfähigen zeolithartigen Crackkataly-satoren verwendet, wie es in der US-PS 3 647 718 von Ha-den und Mitarbeitern beschrieben ist. Im Gegensatz hierzu wird bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung der mikrokugelige calcinierte Kaolinton nicht als chemische Reaktionskomponente verwendet. Daher entspricht die chemische Zusammensetzung der Mikrokugeln des calcinierten Tons, der bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung benutzt wird, derjenigen eines dehydratisierten Kaolintons. Im typischen Fall enthalten die calcinierten Mikrokugeln laut Analyse etwa 51 bis 53% (Gew.-%) Si02, 41 bis 45% A1203 und 0 bis 1% HaO, wobei der Rest aus geringen Mengen von ursprünglich vorhandenen Verunreinigungen, vornehmlich Eisen, Titan und Erdalkalimetallen besteht. Im allgemeinen beträgt der Eisengehalt (als Fe203 ausgedrückt) etwa 34 Gew.-% und der Titangehalt (als Ti02 ausgedrückt) annähernd 2%.

Die Mikrokugeln werden vorzugsweise durch Zerstäubungstrocknung einer wässrigen Kaolinton-Suspension erzeugt. Der Ausdruck «Kaolinton», wie er in dieser Erfindungsbeschreibung gebraucht wird, soll Tone umfassen, deren überwiegender mineralischer Bestandteil aus Kaolinit, Halloysit, Nakrit, Dickit, Anauxit sowie Gemischen derselben besteht. Vorzugsweise wird ein plastischer, hydrati-sierter Ton von geringer Partikelgrösse, d.h. ein Ton, der einen wesentlichen Mengenanteil von Submikrongrösse enthält, verwendet, um Mikrokugeln zu erzeugen, die eine angemessene mechanische Festigkeit aufweisen.

Um die Zerstäubungstrocknung zu erleichtern, wird der gepulverte, hydratisierte Ton vorteilhafterweise in Wasser in Gegenwart eines Entflockungsmittels dispergiert, als welches z.B. Natriumsilicat oder ein kondensiertes Natriumphosphatsalz, wie Tetranatriumpyrophosphat, anzuführen ist. Durch die Mitverwendung eines Entflockungsmittels kann die Zerstäubungstrocknung bei höheren Feststoffgehalten durchgeführt werden, und für gewöhnlich werden härtere Produkte erhalten. Bei Mitverwendung eines Entflok-kungsmittels können Anschlämmungen, die etwa 55 bis 60% Feststoffe enthalten, hergestellt werden, und diese Anschlämmungen mit den hohen Feststoffgehalten sind empfehlenswerter als die Anschlämmungen mit Feststoffgehalten von 40 bis 50%, die kein Entflockungsmittel enthalten.

Zum Vermischen der Ingredienzien zwecks Bildung der Anschlämmung kann von mehreren verschiedenen Prozeduren Gebrauch gemacht werden. Eine Prozedur besteht z B. darin, die fein verteilten Feststoffe trocken zu vermischen, dann das Wasser zuzusetzen und danach das Entflockungsmittel einzuarbeiten. Die Komponenten können mechanisch zusammen oder einzeln verarbeitet werden, um Anschlämmungen mit den gewünschten Viskositätseigenschaften zu erzeugen.

Es können Zerstäubungstrockner mit Gegenstrom- oder Parallelstrom-Führung oder mit einer gemischten Gegen-strom/Parallelstrom-Führung der Anschlämmung und heis-ser Luft zur Erzeugung der Mikrokugeln verwendet werden. Die Luft kann elektrisch oder mit anderen indirekten Mitteln erhitzt werden. Es können auch Verbrennungsgase, wie sie beim Verbrennen von Kohlenwasserstoff-Heizöl an der Luft erhalten werden, zur Anwendung kommen.

Bei Verwendung eines Trockners mit Parallelstromführung können Luft-Eintrittstemperaturen bis zu 649°C angewendet werden, wenn die Tonbeschickung mit einer Geschwindigkeit eingespeist wird, die ausreicht, um eine Luft-Austrittstemperatur von etwa 121 bis 316°C zu gewährleisten. Bei diesen Temperaturen wird die freie Feuchtigkeit 5 aus der Anschlämmung abgetrieben, ohne dass das Hydratationswasser (das Kristallwasser) aus den Rohton-Bestandteilen entfernt wird. Es wird eine Dehydratation eines Teils oder der Gesamtmenge des Rohtons während der Zerstäubungstrocknung ins Auge gefasst. Der Austrag aus dem io Zerstäubungstrockner kann fraktioniert werden, um Mikrokugeln der gewünschten Partikelgrösse zu gewinnen. Im typischen Fall werden Partikel mit einem Durchmesser von etwa 20 bis 150 Mikron bevorzugt für die Calcinierung verwendet. Die Calcinierung kann im Zuge der Herstellungs-15 opération oder durch Zugabe der zerstäubungs-getrockneten Partikel in den weiter unten beschriebenen Brenner vorgenommen werden.

Wenn es auch in gewissen Fällen vorteilhaft ist, die Mikrokugeln bei Temperaturen von etwa 871 bis 1149°C zu cal-20 cinieren, um Partikel von maximaler Härte zu erzeugen, so ist es doch auch möglich, die Mikrokugeln durch Calcinie-ren bei niedrigeren Temperaturen zu dehydratisieren; hierfür kommen z.B. Temperaturen von etwa 538 bis 871°C in Frage, während der Ton in das als «Metakaolin» bekann-25 te Material umgewandelt wird. Nach dem Calcinieren sollen die Mikrokugeln heruntergekühlt und — sofern erforderlich — fraktioniert werden, um die Anteile, welche den gewünschten Grössenbereich aufweisen, zu gewinnen.

Das Porenvolumen der Mikrokugeln schwankt leicht mit 30 der Calcinierungstemperatur und der Calcinierungsdauer. Die Porengrössen-Verteilungsanalyse eines repräsentativen Musters, die mit einem Desorpta-Analysengerät unter Anwendung der Stickstoff-Desorption ermittelt wurde, ergibt, dass der Hauptteil der Poren Durchmesser von etwa 1,5 X 35 10~8 bis 6 X 10-8 m aufweist.

Die Oberfläche der calcinierten Mikrokugeln liegt für gewöhnlich zwischen 10 und 15 m2/g, wie anhand der bekannten B.E.T.-Methode unter Anwendung der Stickstoff-Absorption ermittelt wurde. Es ist darauf hinzuweisen, dass 40 die Oberfläche von handelsüblichen, fliessfähigen Katalysatoren vom Zeolith-Typ beträchtlich grösser ist, im allgemeinen einen Wert von 100 m2/g übersteigt, gleichfalls anhand der B.E.T.-Methode bestimmt.

Es könne auch andere Feststoffe mit geringer kataly-45 tischer Aktivität und von ähnlicher Partikelgrösse verwendet werden, z.B. der oben erwähnte Koks. Im allgemeinen sind wohlfeile Feststoffe empfehlenswert, da es erwünscht sein kann, einen ansehnlichen Teil des Kontaktmittels in dem System von Zeit zu Zeit auszusondern und ihn durch 50 ein frisches Mittel zu ersetzen, um ein geeignetes Metallniveau aufrechtzuerhalten. Da der Feststoff vorzugsweise eine niedrige Porosität aufweist und folglich eine Abscheidung hauptsächlich auf der Aussenseite der Oberfläche erfolgt, fasst die Erfindung auch ein Abreiben der Partikel 55 wie in einer Luftsäule bei einer Geschwindigkeit ins Auge, die einen Rückfluss der Feststoffe zwecks Entfernung von externen Metallablagerungen ermöglicht.

Die Länge des Steigrohr-Kontaktors 1 sollte so bemessen werden, dass eine sehr kurze Kontaktzeit (Kohlenwasser-60 stoff-Verweilzeit) zwischen dem Beschickungsmaterial und dem Kontaktmittel gewährleistet ist, wie es oben erläutert wurde. Die Kontaktzeit sollte lang genug sein, um eine Gleichmässigkeit des Kontakts zwischen Beschickung und Kontaktmittel sicherzustellen, also z.B. mindestens 0,1 Se-65 künden betragen.

Am Kopf des Steigrohrs, z.B. 4,57 bis 6,1 m oberhalb der Eintrittsstelle des Kontaktmittels aus dem Standrohr 2 bei einer Beschickungsgeschwindigkeit von 12,2 m/sek,

650014

6

werden die verdampften Kohlenwasserstoffe so schnell wie möglich von den partikelförmigen Feststoffen, welche die hohen Conradson-Carbon-Abscheidungen und — sofern vorhanden — die abgeschiedenen Metalle tragen, getrennt. Dies kann durch Ausströmenlassen aus dem Steigrohr in eine geräumige Entspannungszone, die durch das Gefäss 3 dargestellt ist, bewerkstelligt werden. Es ist jedoch empfehlenswert, dass die Steigrohrdämpfe direkt in Zyklon abscheider 4 auströmen, von denen aus die Dämpfe über die Dampfleitung 5 weitergefördert werden, während mitgerissene Feststoffe in die Entspannungszone über Fallrohre 6 (diplegs) in den Abstreifer 7 fallen, wo Wasserdampf, der über Leitung 8 zugeführt wird, alle Spuren von flüchtigen Kohlenwasserstoffen aus den Feststoffen abtreibt. Das Gemisch aus Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen zusammen mit den mitgerissenen Feststoffen tritt dann über die Öffnung 10 in den Zyklon 9 ein, um die suspendierten Feststoffe frei zu machen für die Rückführung zum Abstreifer 7 über das Fallrohr 11. Wie auf dem Gebiet des Fliessbettcrackens bekannt ist, kann eine Vielzahl von Zyklonen 4 und Zyklonen 9 angeordnet werden, und die Zyklone können vielstufig sein mit einer Gasphase aus einer ersten Zyklonstufe, die in eine zweite Zyklonstufe entlädt.

Eine bevorzugt in Frage kommende Arbeitstechnik zur Trennung der Dämpfe von den Feststoffen besteht in der Verwendung des entlüfteten (vented) Steigrohrs, das von Meyers und Mitarbeitern in den US-PSen 4 066 533 und 4 070 159 beschrieben ist. Diese Vorrichtung und das zugehörige Verfahren bewirken eine wesentliche Abtrennung des Dampfes von den Feststoffen am Kopf des Steigrohrs.

Gemäss einer Ausführungsform können die Zyklone 4 jenem Abstreiferzyklon angehören, der in der US-PS 4 043 899 beschrieben ist, und der gesamte Inhalt dieser Patentschrift soll durch die Bezugnahme auf sie in diese Erfindungsbeschreibung einbezogen sein. In einem solchen Fall kann der abtreibende Wasserdampf, der dem Zyklon zugeführt wird, eine niedrige Temperatur, z.B. eine solche von 204 bis 260°C, aufweisen und dazu dienen, um die weiter unten noch zu beschreibende Abschreckfunktion ganz oder zum Teil auszuüben.

Die verdampften Kohlenwasserstoffe aus den Zyklonen 4 und 10, welche über die Leitung 15 weitergefördert werden, werden dann mit einer kalten Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit, die über Leitung 12 eingeführt wird, vermischt, um das thermische Cracken zu unterdrücken. Das abgeschreckte Produkt wird im Kühler 13 heruntergekühlt und dem Sammelgefäss 14 zugeleitet, aus welchem Gase zum Verbrennen und — sofern vorhanden — Wasser aus dem Sumpf 15 entnommen wird, vorzugsweise zur Rückführung zum Kontaktor zwecks Erzeugung von Wasserdampf, der als Hilfsmittel zum Verdampfen der Beschickung am Boden des Steigrohrs und bzw. oder zur Abführung von Wärme aus dem Brenner verwendet wird. Der Kühler 13 ist vorteilhafterweise als Wärmetauscher ausgebildet, um das dem Kontaktor zuzuführende Beschickungsmaterial vorzuerhit-zen oder um die Beschickung für die FCC-Einheit, die weiter unten beschrieben wird, vorzuerhitzen und dgl. mehr.

Gemäss einer Ausflihrungsform wird das Abschrecken empfehlenswerterweise in einer Kolonne durchgeführt, die mit Dampf/Flüssigkeits-Kontaktzonen, z.B. Scheiben- und Ringböden und Ventilböden, ausgerüstet ist. Die Bodenkörper aus derartigen Abschreckkolonnen können direkt in die katalytische Crackanlage unter Überkopfführung zum Kühler 13 und Sammelgefäss 14 oder zur Leitung 8 am Boden des Kontaktors 1 gefördert werden.

Gewisse Vorteile können in dem System dadurch realisiert werden, dass man zurückgeführte leichte Kohlenwasserstoffe am Boden des Steigrohr-Kontaktors 1 zur Herabsetzung des Dampfdrucks verwendet. Es wird offensichtlich, dass die Rückführung von Wasser aus dem Sammelgefäss 14 für diesen Zweck erforderlich macht, dass der Abstrom aus dem Kontaktor auf den Kondensationspunkt des Wassers heruntergekühlt wird, der in diesem Wasserdampf/Kohlenwasserstoffdampf-System bei etwa 66°C liegt. Wenn aber Kohlenwasserstoffe für die Dampfdruckherabsetzung und als Abstreifmedium in Leitung 8 verwendet werden, dann wird diese Kondensation unnötig, und der abgeschreckte Steigrohrabstrom (abzüglich der Menge,-die zur Dampfdruckherabsetzung und bzw. oder zum Abstreifen zurückgeführt wird) kann dann direkt einem katalytischen Crack-reaktor zugeführt werden. In diesem Fall funktioniert der Steigrohrkontaktor als der Vorheizofen für den katalytischen Cracker.

Wird Wasser zur Dampfdruckherabsetzung eingeführt, dann soll es vorteilhafterweise als die innere Phase mit dem Beschickungsmaterial emulgiert sein. Werden solche Emulsionen verwendet, dann verdampft das Wasser mit explosiver Kraft im Kontaktor 1, um so die Dispergierung des Öls zu unterstützen.

Ein technischer Vorteil bei der Kohlenwasserstoff-Rückführung wird realisiert, wenn mit dem Roherdöl in seiner Gesamtheit oder einem getoppten Rohöl der Steigrohr-Kontaktor 1 beschickt wird und der Abstrom einer Fraktionierkolonne zugeführt wird.

In diesem Falle funktioniert der Steigrohr-Kontaktor als ein Rohmaterial-Ofen, um die Beschickung für die Rohmate-rial-Destillationsstufe vorzuerhitzen, und zwar zusätzlich zur Entfernung von Salzen, Metallen und von Conradson-Carbon. Fraktionen aus der Rohmaterial-Kolonne enthalten Kohlenwasserstoffe für die Rückführung, Naptha, Gasolin, Kerosin, Gasöl und einen schweren Bodenkörper, der als Treibstoff, FCC-Charge oder dgl. dienen kann.

Die leichten Kohlenwasserstoffe, die vorzugsweise in den Prozess zurückgeführt werden, sollen so gewählt werden,

dass sie unterhalb der Kontakttemperatur des Steigrohrs 1 sieden. Diese leichten Kohlenwasserstoffe können aus der Gasfraktion bestehen, die aus dem Prozess stammt, oder aus ähnlichen Kohlenwasserstoffgasen aus anderen Quellen. Abweichend hiervon können die Kohlenwasserstoffe, die zur Unterstützung bei der Verdampfung der Beschickung verwendet werden, aus Naphtha, Kerosin und Gasöl bestehen. Diese können aus externen Quellen stammen, werden aber vorzugsweise den rückgeführten Produkten des Prozesses entnommen.

Die flüssige Kohlenwasserstoffphase aus dem Sammelgefäss 14 kann eine entsalzte, decarbonisierte und entmetallisierte «Resid»-Fraktion sein, die nunmehr ein technisch befriedigendes Beschickungsmaterial für das katalytische Cracken darstellt. Dieses Produkt des Kontakts im Steigrohr 1 kann zum Teil als die Abschreckflüssigkeit in Leitung 12 verwendet werden. Der Rest wird vorzugsweise direkt in einen katalytischen Cracker über Leitung 16 gefördert.

Um auf den Abstreifer 7 zurückzukommen, werden die inerten Feststoffpartikel, die mit der Abscheidung mit dem hohen Conradson-Carbon und den metallischen Verbindungen beladen sind, über ein Standrohr 17 der Einlassöffnung eines Brenners 18 zugeführt. Das Standrohr 17 entlädt in einen Steigrohreinlass 19 des Brenners 18, wo es auf eine emporsteigende Luftsäule, die über Leitung 19 zugeführt wird, trifft, und dort erfolgt die Vermischung mit den heis-sen inerten Partikeln aus der Brennerrückleitung 20, wodurch das Gemisch schnell auf eine Temperatur von z.B. 649 bis 816°C erhitzt wird, bei welcher die Abscheidungen, die aus der Behandlung des «Resids» stammen, weggebrannt werden. Das Gemisch gelangt dann in eine erweiterte Zone 21, um ein kleines Fliessbett für das intensive Durchmi-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

650014

sehen zu bilden und das Wegbrennen der Abscheidungen zu initiieren. Der fliessende Luftstrom trägt die brennende Masse durch ein eingeschnürtes Steigrohr 22 und entlädt sie bei 23 in eine erweiterte Entspannungszone. Die heissen, der Verbrennung ausgesetzten Partikel, die nunmehr weitestgehend frei von brennbaren Abscheidungen sind, fallen auf den Boden der Entspannungszone, wovon ein Teil in die Rückleitung 20 eintritt und ein anderer Teil in das Standrohr 2 zum Eintritt in den Kontaktor 1 nach dem Abstreifen mit Wasserdampf gelangt. Dank der sehr hohen Temperaturen, die bei diesem Brennertyp erreicht werden können, und in Gegenwart eines stöchiometrischen Überschusses von Sauerstoff verbrennt das CO, und es entsteht ein Abgas, das eine nur sehr geringe Menge dieses Gases enthält. Bei anderen Brennertypen können die Verbrennungsprodukte beträchtliche Menge von CO enthalten, welches dann zwecks Ausnutzung seines Heizwertes in CO-Boilern des für gewöhnlich in FCC-Einheiten verwendeten Typs verbrannt werden kann.

Bei dem hier dargestellten Brennertyp treten die gasförmigen Verbrennungsprodukte, die Kohlendioxid, etwa restlichen Sauerstoff, Stickstoff, Oxide des Schwefels und vielleicht eine Spur CO enthalten, in einen Zyklon 25 (ein Vertreter einer Vielzahl solcher Vorrichtungen), um die mitgeschleppten Feststoffe freizusetzen für ihre Entladung über Fallrohr 26. Die gereinigten Gase gelangen in einen Speicherraum 27, aus welchem das Abgas über die Austrittsleitung 28 entfernt wird.

Wenngleich das vorangehend beschriebene System bei oberflächiger Betrachtung eine gewisse Ähnlichkeit mit einer FCC-Einheit aufweistt, so ist doch seine Betriebsweise grundlegend verschieden von einem FCC-Betrieb. Es ist von grösster Bedeutung, dass der Steigrohr-Kontaktor 1 betrieben wird, um aus dem Beschickungsmaterial eine Menge zu entfernen, die nicht sehr über der durch die Conradson-Car-bon-Zahl der Beschickung gegebenen Menge liegt. Dies steht im Gegensatz zu einer normalen FCC-«Umwandlung» von 50 bis 70%, gemessen als der Prozentsatz des FCC-Produkts, der nicht im Siedebereich des Beschickungsmaterials siedet. Der Prozentsatz, der beim vorliegenden Verfahren entfernt wird, beläuft sich vorzugsweise auf etwa 10 bis 20% der Beschickung und setzt sich zusammen aus dem Gas und der Abscheidung auf dem festen Kontaktmittel. Selten nur wird die Menge, die als Gas, Benzin und Abscheidung auf dem inerten Feststoff entfernt wird, ge-wichtsmässig einen Wert von mehr als dem drei- bis vierfachen des Conradson-Carbon-Werts der Beschickung übersteigen. Dieses Ergebnis wird durch einen sehr niedrigen Se-verity-Grad des Crackens dank des inerten Charakters des Feststoffes und der sehr kurzen Verweilzeit auf der Cracktemperatur erreicht. Bekanntlich ist der Crack-Severity-Grad eine Funktion von Zeit und Temperatur. Eine erhöhte Temperatur kann durch eine verminderte Verweilzeit kompensiert werden und umgekehrt gilt dasselbe.

Das neue Verfahren bietet eine Regelungsmöglichkeit, die bei FCC-Einheiten in bezug auf die Zufuhr von Kohlenwasserstoffen oder Wasserdampf zum Steigrohr-Kontaktor nicht zur Verfügung steht. Wenn man Materialien mit hohem Conradson-Carbon verarbeitet, steigt leicht die Brennertemperatur an, da dem Brenner eine erhöhte Treibstoffmenge zugeführt wird. Dies kann kompensiert werden durch eine erhöhte Menge, eine erniedrigte Temperatur oder eine verstärkte Kohlenwasserstoff- oder Wasserdampf-Zufuhr zwecks Herabsetzung des Partialdrucks der Kohlenwasserstoffe im Steigrohr-Reaktor oder durch Rückführung von Wasser aus der Überkopf-Vorlage, das im Steigrohr verdampft wird, um Wasserdampf zu erzeugen.

Der Steigrohr-Kontakt mit dem inerten Feststoff macht so eine neue Sorptionstechnik zur Entfernung der mehrkernigen aromatischen Verbindungen der «Reside» (mit hohem Conradson-Carbon und Metallgehalt) verfügbar, wobei diese in einem Strom von Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Partialdruck dank der dem Steigrohr zugeführten Kohlenwasserstoffe oder dem zugeführten Wasserdampf fortgeführt werden.

Das decarbonisierte, entsalzte und bzw. oder entmetallisierte «Resid» stellt ein Beschickungsmaterial von hoher Qualität für FCC-Anlagen dar, und es wird über Leitung 16 in die Zuführungsleitung 30 eines FCC-Reaktors 31 gefördert, der in herkömmlicher Weise betrieben wird. Der heisse, regenerierte Katalysator wird aus dem FCC-Regene-rator 32 über das Standrohr 33 als Zusatz in die Reaktorbeschickung eingespeist. Der verbrauchte Katalysator aus dem Reaktor 31 gelangt über das Standrohr 34 in den Regenerator 32, während die gecrackten Produkte aus dem Reaktor 31 über die Förderleitung 35 in die Fraktionieranlage abgezogen werden, um Benzine und andere Umwandlungsprodukte zu gewinnen.

Viele Rückstandsfraktionen weisen einen hohen Schwefelgehalt auf, vor allem in den schweren Komponenten. Der Schwefel wird im Brenner 18 zu Schwefeloxiden (SOx) oxydiert, und diese unerwünschten Gase bilden einen Teil des Abgases, das bei 28 austritt. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die FCC-Einheit mit einem Katalysator betrieben, der imstande ist, die SOx-Emis-sionen herabzusetzen. Es sind mehrere derartige Katalysatoren in der Fachwelt bekannt. Solche Katalysatoren absorbieren das SOx im oxydierenden Milieu des Regenerators. Der den sorbierten Schwefel enthaltende Katalysator wird dann der reduzierenden Atmosphäre des Reaktors zugeführt. In dieser reduzierenden Atmosphäre und in Gegenwart von Wasser wird der Schwefel in Schwefelwasserstoff übergeführt und kann in dieser Form aus den Reaktorprodukten in den üblichen Gasbetrieben und den Behandlungsanlagen einer Raffinerie leicht entfernt werden. Hierzu wird auf die BE-PSen 849 635, 849 636 und 849 637 verwiesen.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird ein Katalysator-Rückstrom aus dem Regenerator 32 über das Standrohr 36 abgeführt und mit heruntergekühltem Abgas vermischt, das aus dem Brenner 18 stammt und über den Wärmeaustauscher 29 herangeführt wird. Das Gemisch wird dann einem Fliessbett-Kontaktgefäss 37 zugeführt, in dem die Sorption von SOx aus dem Abgas des Brenners 18 erfolgt. Der das sortierte (umgesetzte) SOx enthaltende Katalysator wird über das Standrohr 38 zum Regenerator 32 für die letzte Umsetzung im Reaktor 31 zurückgeführt. Nach der mittels der Zyklone bewerkstelligten Abtrennung des mitgeschleppten Katalysators wird das Abgas, aus dem das SOx auf diese Weise entfernt worden ist, dann über die Leitung 39 abgeführt, um die darin gespeicherte Wärmeenergie nutzbar zu machen, beispielsweise in Expansionsturbinen, welche die Luftgebläse für den Regenerator 32 und den Brenner 18 antreiben, oder in mit Abhitze betriebenen Boilern'und dgl. mehr.

Auf die Ähnlichkeit der apparativen Ausrüstung, die für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, mit derjenigen, die bei der praktischen Durchführung des FCC-Prozesses verwendet wird, ist bereits oben hingewiesen worden, und sie ergibt sich augenfällig aus der überprüfenden Betrachtung der Gefässe und Verbindungsleitungen in Fig. 1. Eine weitere Ähnlichkeit kommt darin zum Ausdruck, dass der Brenner 18 und der Steigrohr-Kontaktor 1 bei der vorliegenden Erfindung vorzugweise in der unter Wärmeausgleich durchgeführten Art und Weise betrieben wird, wie sie auch bei neuzeitlichen FCC-Einheiten praktiziert wird. Dies wird bewerkstelligt mit Hilfe eines

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

650014

8

Ventils in dem mit dem heissen Kontaktmaterial gefüllter. Standrohr 2, das entsprechend der Temperatur in der selektiven Verdampfungszone reguliert wird, aber nicht in Fig. 1, jedoch in Fig. 2 dargestellt ist, die gleich erläutert werden wird.

Trotz der apparativen Ähnlichkeiten mit einer FCC-Anlage ist die vorliegende Erfindung durch Unterschiede in der Verfahrensdurchführung charakterisiert, durch welche sich das Verfahren drastisch vom Betrieb einer FCC-Anlage unterscheidet. Das Arbeitsziel in einer FCC-Anlage besteht darin, eine Schwerdestillatfraktion, ein Gasöl, in andere Produkte, vornehmlich Benzin, umzuwandeln. Der Nutzeffekt einer FCC-Einheit wird daher als eine «Umwandlung» bezeichnet, gemessen als der Prozentsatz des Beschickungsmaterials, das in Gas, Benzin und Koks umgewandelt worden ist. FCC-Umwandlungsgrade liegen daher im allgemeinen beträchtlich über 50% und betragen bis zu etwa 85%. Im Gegensatz hierzu wird mit dem vorliegenden Verfahren eine Höchstausbeute an Produkten angestrebt, die im gleichen Bereich wie das Beschickungsmaterial sieden, aber eine Verbesserung erfahren haben in bezug auf die Metallgehalte und den Conradson-Carbon-Gehalt. Das Verfahrensziel, das bei der vorliegenden Erfindung angestrebt wird, ist also das Gegenteil der «Umwandlung», die in FCC-An-lagen erreicht werden soll. Die Ausbeuten, die beim erfin-dungsgemässen Verfahren unter den technisch günstigsten Bedingungen (kürzeste Verweilzeit) und mit einer verfügbaren apparativen Ausrüstung erhalten werden, belaufen sich auf rund 70 bis 75%, was einer Umwandlung von 25 bis 30% entspricht, wenn sie nach der bei FCC-Anlagen angewendeten Methode errechnet werden. Wird die Kontakt-Temperatur erhöht, so steigt das Cracken zum Nachteil der Ausbeute an. Ausbeuten bis herunter zu 45 % sind bei Temperaturen von oberhalb 538°C festgestellt worden, was einer «Umwandlung» von 55 % entspricht, das ist ein Wert, der vermutlich eine günstige Änderung durch kürzere Verweilzeiten erfahren kann, die in den heute verfügbaren technischen Anlagen nicht zu verwirklichen sind.

Die Regulierung der Temperatur bei diesem Verfahren ist ein signifikanter Faktor im Hinblick auf die Erzielung bester Ergebnisse. In FCC-Anlagen ist es erwünscht, bei den höchsten Reaktortemperaturen, die mit den Grenzen, welche die apparative Ausrüstung setzt und mit anderen Beschränkungen vereinbar sind, zu arbeiten, um Benzine mit maximaler Research-Octanzahl zu erzeugen. Beim vorliegenden selektiven Verdampfungsprozess sind die niedrigeren Temperaturen des Betriebsbereichs die weit günstigeren. Die Temperatur der selektiven Verdampfungszone soll die niedrigst mögliche Temperatur sein, welche das Wärme-gleichgewichts-Verhältnis mit dem Brenner aufrechtzuerhalten vermag. Wird die Temperatur der selektiven Verdampfungszone erniedrigt, dann wird eine geringere Menge des Beschickungsmaterials verdampft, und es wird eine stärkere Abscheidung auf dem inerten Feststoffmaterial abgelagert, und auf diese Weise wird einer grössere Menge an Treibstoff für den Brenner geliefert ud die Temperatur des Brenners zum Steigen veranlasst. Wenn sich die Menge dieses Treibstoffs dem Grössenbereich nähert, bei dem zulässige Brennertemperaturen überschritten werden, dann erreicht das System die minimale selektive Verdampfungstemperatur — das ist der bevorzugt in Frage kommende Betriebsmodus. In der Regel sind selektive Verdampfungstemperaturen von nicht über etwa 538°C empfehlenswert.

Im Vergleich hierzu sollte beachtet werden, dass der Effekt der Reaktortemperatur in FCC-Anlagen das Gegenteil von dem ist, was für den erfindungsgemässen Prozess gilt. Erniedrigte FCC-Reaktortemperaturen setzen den Umwandlungsgrad herab,was eine geringere Koksbildung und eine reduzierte Treibstoffmenge für den Regenerator zur Folge hat.

Die beiden Verfahren unterscheiden sich auch in den Erwägungen, welche die Kontaktzeit bestimmen. In FCC-Anlagen wird die erforderliche Kontaktzeit auf die Katalysatoraktivität bezogen. Bei der selektiven Verdampfung soll die Kontaktzeit das Minimum sein, das in den verwendeten Anlagen erzielbar ist. Beide Prozesse unterscheiden sich auch in den Effekten der Wasserstoffübertragung. In den FCC-Anlagen sind die Bodenkörper (Kreislauföl und An-schlämmungsöl) sehr arm an Wasserstoff, der auf die Benzine und die leichteren Produkte übertragen worden ist. Bei der selektiven Verdampfung kommt das flüssige Produkt in bezug auf den Wasserstoffgehalt der Beschickung nahe, was sich am Vercrackungsfaktor K widerspiegelt, wie er nach der U.O.P.-Methode 375-59 bestimmt wird. Die Produkte der vorliegenden Erfindung weisen für gewöhnlich einen ein wenig niedrigeren K-Wert auf als das Beschik-kungsmaterial, doch ist unter den bevorzugt in Frage kommenden Bedigungen eine Ausbeute an einem Produkt beobachtet worden, das einen höheren K-Wert als das Beschickungsmaterial aufweist. Die FCC-Bodenkörper und die Kreislauföle weisen in der Regel K-Werte auf, die im Vergleich zu denen des Beschickungsmaterials drastisch reduziert sind.

In Fig. 2 ist nun ein Regulierungssystem zur Praktizierung der minimalen Verdampfungstemperatur schematisch dargestellt. Die Temperatur in der selektiven Verdampfungszone wird abgetastet, beispielsweise durch das Thermoelement 40, und das erhaltene Signal wird an den Temperaturregler (TC) 41 gemeldet, der ein Ventil 42 in dem mit den heissen Füllstoffen gefüllten Standrohr 2 betätigt, durch welches heisse Füllstoffe vom Brenner 18 in das Standrohr 1 zurückgeführt werden. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der Zufuhr von heissen Feststoffen zum Steigrohr im Sinne einer Konstanthaltung der Temperatur in der selektiven Verdampfungszone reguliert. Solche Regulierungen der Geschwindigkeit der Zufuhr von heissen Feststoffen zum Steigrohr sind in der in FCC-Anlagen üblichen Praxis an sich bekannt, wo sie den Haupt-Reguliermechanismus des FCC-Systems bilden.

Bei dem erfindungsgemässen selektiven Verdampfungsprozess ist es erwünscht, dass die Temperatur, die für die selektive Verdampfungszone eingestellt wird, den niedrigsten Wert darstellt, welche die Wärmeausgleichsoperation innerhalb der Grenzen des Brenners aufrechtzuhalten vermag, im allgemeinen die Maximaltemperatur, welche die Brenneimetallurgie zulässt. Zu diesem Zweck wird eine vorbestimmte Brennertemperatur eingestellt. Die Temperatur des Brenners wird abgetastet, beispielsweise durch das Thermoelemet 43, und das so erhaltene Signal wird zur Rückeinsteilung des Temperaturreglers 41 herangezogen. Die Rückeinsteilung des Temperaturreglers 41 kann manuell oder automatisch, beispielsweise durch einen Rückeinstel-lungs-Gerätesatz 44, erfolgen. In jedem System wird eine Neigung zu höheren Temperaturen eingestellt durch Höherstellen des Justierpunkts (set point) des Reglers 41, bis das hitzebalancierte System des Steigrohr-Kontaktors 1 und des Brenners 18 sich bei der vorbestimmten Brennertemperatur stabilisieren. Umgekehrt wird der Neigung zu einer niedrigeren Temperatur im Brenner 18 durch ein Niedrigerstellen des Kontaktor-Justierpunkts im Temperaturregler 41 entgegengewirkt.

Abgesehen davon, dass der Brenner der Hauptregulator des hitzebalp.iicierten Systems ist, kann dieser Brenner in Aufbau und Funktion jeder der zahlreichen Varianten ähneln, wie sie für FCC-Regeneratoren entwickelt worden sind. Der Brenner kann ein solcher vom Steigrohrtyp mit

5

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

heissen Rückführungsmaterialien sein, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, oder er kann einem älteren, dem dichten Fliessbett-Typ angehören, und er kann mit irgendeinem der bekannten Hilfsmittel zur Einstellung der Brennertemperatur ausgerüstet sein, z.B. mit Düsen zum Verbrennen von Lam-penöl (torch oil) im Brenner zur Temperaturerhöhung, oder mit Wärmeaustauschern zur Temperaturherabsetzung.

In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung kann die Brennertemperatur auf den Maximalwert eingestellt werden, der ohne Gefahr einer Hitzeschädigung der Brennermetal-lurgie oder einer Schädigung durch den zirkulierenden inerten Feststoff angewendet werden kann, beispielsweise auf eine Temperatur von 732°C oder auf eine noch höhere Temperatur von z.B. 816°C. Zu diesem Zweck wird der Brenner für eine vollständige Verbrennung des Kohlenstoffs in der Ablagerung zu Kohlendioxid durch Verbrennen des anfänglich gebildeten Kohlenmonoxids werkstoffgerecht konstruiert. Die im wesentlichen vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxids kann durch eine zweckentsprechende Brennerstruktur oder durch das Vorhandensein von Oxydationskatalysatoren in der Brennerzone bewerkstelligt werden. Der in I ig. 1 dargestellte Brenner weist eine für diesen Zweck an sich bekannte Kostruktion auf. Ein anderes System sieht eine Injektion der Feststoffe in eine verdünnte Phase über einem dichten Bett im Brenner vor, um so Hitze aus dem «Nachbrennen» über dem dichten Bett einzufan-gen.

Bei jedem der zur Verbrennung des Kohlenmonoxids vorgesehenen System wird der Brenner mit einem Luftüber-schuss betrieben, um die Kohlenmonoxid-Umwandlung zu fördern. Diese Reaktion kann durch Oxydationskatalysatoren, z.B. Metalle der Gruppe VIII des Periodensystems und verschiedene andere Metalle und Metallverbindungen, beispielsweise Vanadium, Chrom, Mangan, Wolfram und dgl., beschleunigt werden. Im Gebrauch benötigen die inerten Feststoffe der vorliegenden Erfindung Abscheidungen von Metallen, vornehmlich von Nickel und Vanadium, die als Oxydationskatalysatoren wirken können. Überraschenderweise toleriert das Verfahren ziemlich hohe Mengen solcher Metalle, ohne dass unzulässige Dehydrierungs-Nebenwirkungen in der selektiven Verdampfungszone auftreten, und zwar Mengen bis zu 1,5 Gew.-% Metall, auf den zirkulierenden inerten Feststoffen. Gewünschtenfalls kann dieser Effekt durch Metalle oder Metallverbindungen verstärkt werden, die auf den zirkulierenden Feststoffen vor der Einführung in das System abgeschieden werden. Es kann beispielsweise auch eine geringe Menge von Edelmetallen, wie Platin oder Palladium, auf die inerten Feststoffpartikel aufgebracht werden.

Beispiele

Der Effekt des in der vorangehend beschriebenen Weise bewerkstelligten Inkontaktbringes ist mit Hilfe von Vorrichtungen im Labormassstab demonstriert worden. Die verwendete Apparatur besteht aus einer halbtechnischen Anlage, die mit einem im Kreislauf geführten Fliessbett betrieben wird und das Verhalten von handelsüblichen technischen FCC-Steigrohr-Reaktoren simuliert. Der Reaktor ist apparativ so ausgerüstet, dass ein Stickstoffstrom durch das Steigrohr geführt und Katalysator und Beschickung eingeführt werden kann. Das Steigrohr ist verkleidet und es wird erhitzt, um isotherme Bedingungen aufrechtzuerhalten. Der Stickstoffstrom erfüllt die gleiche Funktion wie die Kohlenwasserstoffe oder der Wasserdampf, die — wie oben beschrieben — der Herabsetzung des Partialdrucks der Kohlenwasserstoffe dienen. In den nachstehend beschriebenen Versuchsreihen werden Rückstandsmaterialien und die Mikrokugeln, wie sie oben beschrieben sind, unter den angegebenen Bedingungen in Kontakt gebracht. Die mit den Be650014

schickungsmaterialien erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I zahlenmässig zusammengestellt.

TABELLE I

Beschreibung des Beschickungsmaterials

Beispiel

1

2

Dichte in °API

27,9

23

Ramsbottom-Carbon in %

0,35

2,5

Metalle in ppm

Ni

1

10

Cu

1

1

V

1

20

Siedeanalyse, °C

Siedebeginn

226

216

10%

290

248

30%

348

377

50%

399

443

70%

452

526

76%

—

563

90%

532

94%

566

Angaben über die Kontaktierungsbedingungen und die anfallenden Produkte sind in Tabelle II zusammengestellt.

TABELLE II

Kontaktierungsbedingungen und Produkte

Beispiel 1 2

Steigrohr-Kontaktgefäss-Temperatur,

°C 499 499

Kontaktzeit, Sekunden 0,66 0,97

Temperatur des kontaktierenden

Feststoffs, °C 649 649

Öl-Partialdruck, kPa 19,6 31,4 Vorerhitzungstemperatur des Öls,

°C 338 346

Feststoff/Öl-Gewichtsverhältnis 12,5 12,2

N2/Öl-Molverhältnis 3,7 2,2 Produkte, Gew.-%

Gas 7,9 7,6

Flüssigkeit 90,4 85,5

Abscheidung auf dem Feststoff 1,7 6,9 Flüssiges Produkt Metalle, ppm

Ni — 1,5

Cu — 1,0

V _ i;0

Ramsbottom-Carbon — 0,6

Siedeanalyse, °C

Siedebeginn 77 78

10% 241 246

30% 314 321

50% 362 373

70% 413 428

90% 479 519

93% — 556

Siedeende 553 —

9

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

650014

10

Von besonderem technischen Interesse ist die Beobachtung, dass die in den obigen Beispielen erhaltene Gasfraktion eine beträchtliche Menge Propan, das einen hervorragenden Wert als verflüssigtes Petrolgas (LPG) besitzt, enthält, und zwar zusammen mit Propylen und Butylenen, die als Alkylierungsmittel und chemische Rohmaterialien technisch brauchbar sind.

Ein interessanter Vergleich kann zwichen dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und den gegenwärtig am häufigsten verwendeten Verfahren zur Entfernung von Metallen aus schweren Erdölfraktionen gezogen werden. Die katalytische Wasserstoffbehandlung vermindert den Metallgehalt im typischen Fall um etwa 70%. Eine derartige Was-serstoffbehandlung ist eine Mischphasen-Operation. Es kann vernünftigerweise angenommen werden, dass das restliche Metall in dem Produkt hauptsächlich in den Bestandteilen vorliegt, die während der katalytischen Wasserstoffbehandlung in der flüssigen Phase verbleiben. Bei dem vorliegenden Verfahren sind die einzigen Komponenten des Produkts diejenigen, die sich in der selektiven Verdampfungs-5 zone verflüchtigen. Dieses Charakteristikum des Verfahrens wird in dem sehr niedrigen Metallgehalt des Produkts wiedergespiegelt, wie es Tabelle II veranschaulicht.

Wie festgestellt wurde, kann es für jedes Beschickungsmaterial eine Maximalausbeute (Minimalumwandlung) gelo ben. Anders ausgedrückt: Wenn man die Temperatur der selektiven Verdampfungszone unter einen bestimmten Punkt, der für das Beschickungsmaterial charakteristisch ist, senkt, so beeinflusst das nicht die prozentuale Ausbeute an dem Produkt, das im Bereich des Beschickungsmaterials siedet, 15 es verbessert jedoch die Zugänglichkeit des Produkts zum Cracken.

v

2 Blätter Zeichnungen

Claims (14)

1. 650014

   2

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Decarbonisierung oder Entmetallisie-rung einer Kohlenwasserstoff-Charge eines Roherdöls in seiner Gesamtheit oder einer Rückstandsfraktion desselben, gekennzeichnet durch einen Hochtemperaturkontakt während nicht über 3 Sekunden mit einem inerten festen Kontaktmaterial in einer selektiven Verdampfungszone in einer Steigrohrkolonne zwecks selektiver Verdampfung eines überwiegenden Teils der erwähnten Charge und Abscheidung eines unverdampften Teils der Charge auf dem besagten Kontaktmaterial, Trennung der erwähnten, selektiv verdampften Hauptmenge der Gesamtcharge von dem erwähnten Kontaktmaterial, welches den besagten, nicht-verdampf-ten Teil der Charge als darauf befindliche Abscheidung trägt, Inkontaktbringen des genannten Kontaktmaterials mit der darauf befindlichen Abscheidung in einer Verbrennungszone mit einem oxidierenden Gas zwecks Wegbrennens der genannten Abscheidung und Hitzeerzeugung, wobei die Temperatur des genannten Kontaktmaterials durch die Verbrennung des besagten, nicht-verdampften Teils der Charge als Brennstoff für den Prozess erhöht wird, Rückführung des so erhitzen Kontaktmaterials zu einem erneuten Kontakt mit der erwähnten Kohlenwasserstoff-Charge, Abtasten der Temperatur der genannten selektiven Verdampfungszone, Regulierung des Rückführungsgrades des genannten erhitzten Kontaktmaterials entsprechend der so ermittelten Temperatur zwecks Aufrechterhaltung der erwähnten ermittelten Temperatur der genannten selektiven Verdampfungszone auf einem vorbestimmten Wert und dynamische Regulierung des Systems zwecks Nutzbarmachung der geringwertigen, niedrige Wasserstoffgehalte aufweisenden Teile der genannten Charge als den erwähnten Brennstoff für den Prozess, wobei die dynamische Regulierung darin besteht, den genannten vorbestimmten Wert der Temperatur, die in der selektiven Verdampfungszone der Kolonne abgetastet wurde, auf den niedrigsten Wertbereich einzustellen, bei welchem die erwähnte Abscheidung die Menge an Brennstoff liefert, welche bei der Verbrennung die genannte Ver-brennunngszone auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten vermag.
2. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte dynamische Regulierung die Stufen des Abtastens der Temperatur in der gesagten Verbrennungszone und die Wiedereinstellung der erwähnten vorbestimmten Temperatur der genannten Verdampfungszone der Steigrohrkolonne auf die Höhe, wie sie 2mm Erreichen des erwähnten Minimalbereiches erforderlich ist, umfasst.
3. 3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte vorbestimmte Temperatur der genannten Verdampfungszone zwecks Erzeugung von mehr Brennstoff herabgesetzt wird, wenn ein Trend zu einer niedrigeren Temperatur in der gesagten Verbrennungszone korrigiert werden soll.
4. 4. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte vorbestimmte Temperatur der genannten Verdampfungszone zwecks Erzeugung von weniger Brennstoff erhöht wird, wenn ein Trend zu einer höheren Temperatur in der gesagten Verbrennungszone korrigiert werden soll.
5. 5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des verdampften Teils der Charge um einen Betrag in Gewichtsprozent kleiner als die Menge der Kohlenwasserstoff-Charge ist, der nicht grösser ist als das Zweifache der Conradson-Kohlen-stoffzahl der Kohlenwasserstoff-Charge.
6. 6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte inerte feste Kontaktmaterial in die genannte selektive Verdampfungszone bei einer Temperatur eingeführt wird, die beträchtlich über der Temperatur der erwähnten Kohlenwasserstoff-Charge liegt.
7. 7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit weniger als 0,5 Sekunden beträgt.
8. 8. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit auf die Länge der Kolonne bezogen und berechnet wird vom Punkt des Eintritts der Charge bis zum Punkt der Abtrennung der Feststoffe aus den Dämpfen, dividiert durch die lineare Oberflächengeschwindigkeit der Dämpfe am Kopf der besagten Kolonne.
9. 9. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte inerte feste Kontaktmaterial aus einem porösen Feststoff besteht, der eine geringe Oberfläche von unter 100 m2/g aufweist.
10. 10. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte inerte feste Kontaktmaterial aus calciniertem Ton oder calciniertem Kaolin besteht.
11. 11. Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Feststoff eine niedrige Oberfläche von 10 bis 15 m2/g aufweist.
12. 12. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte inerte feste Kontaktmaterial aus einem porösen Feststoff besteht, in welchem die meisten Poren Durchmesser von 1,5 X 10~s m bis 6 X 10-8 m aufweisen.
13. 13. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenwasserstoffe, Wasserdampf oder Wasser der besagten Kohlenwasserstoff-Charge fiir das Inkon-taktkommen mit dem erwähnten inerten festen Kontaktmaterial in einer Menge zugemischt werden, die ausreicht, um den Kohlenwasserstoff-Partialdruck wesentlich herabzusetzen.
14. 14. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte selektiv verdampf te Hauptanteil der erwähnten Charge auf eine Temperatur abgeschreckt wird, die unter der Temperatur liegt, welche ein thermisches Crak-ken derselben unmittelbar nach der Abtrennung vom genannten Kontaktmaterial induziert.