DE1069121B - Luftverteilervorrichtung 'ur einen Ofen zum Regenerieren von verbrauchtem kornigem Kontaktstoff. I1I. 3. 55. V. St. Amerika - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl 12 g 4/02

INTERNAT. KL. BOIj

AUSLEGESCHRIFT 1069121

S43023IVa/12g

ANMELDETAGi 11.MÄRZ 1955

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 19. NOVEMBER 1959

Die Erfindung betrifft eine Luftverteilervorrichtung für einen Ofen zum Regenerieren von verbrauchtem körnigem Kontaktstoff bzw. Katalysator, auf dem sich kohlenstoffhaltige Niederschläge abgesetzt haben, wie dies beispielsweise beim katalytischen Kracken von Kohlenwasserstoffen der Fall ist.

Es ist bekannt, den körnigen Kontaktstoff durch einen Ofen zu leiten, in dem er als kompakte Masse unter Einfluß der Schwerkraft absinkt. Diesem Ofen wird Luft zugeführt, um den Niederschlag abzubrennen. Während des Regencrierens muß verhindert werden, daß die Temperatur des Kontaktstoffes über einen bestimmten kritischen Wert steigt, da andernfalls die Struktur des Kontaktstoffes bzw. die Wirksamkeit des Katalysators leidet. So darf beispielsweise bei Kataly- »5 satoren aus natürlichem Ton eine Temperatur von etwa 650° C nicht überschritten werden, während bei synthetischen Katalysatoren noch etwas höhere Temperaturen zulässig sind.

Die bekannten öfen dieser Art haben eine Anzahl ao von Lufteinführungsrohren, die unterhall) der Oberfläche des Kontaktstoffbetts im Ofen münden und in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, damit die zugeführte Luft gleichmäßig verteilt wird. Bei einem in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung unter- «5 suchten Ofen waren 360 Lufteinlaßrohre vorgesehen.

Eine gleichmäßige Luftverteilung ist nämlich von großer Bedeutung, weil davon auch eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Ofen abhängt. Sind im Ofen, beispielsweise über einen waagerechten Querschnitt gesehen, starke Temperaturunterschiede vorhanden, so ergibt sich ein unvorteilhafter Betrieb. Für das Abbrennen des Niederschlags vom Kontaktstoff ist nämlich zunächst eine bestimmte Mindesttemperatur erforderlich. Ist diese Temperatur erreicht, so hängt die Abbrandleistung von der weiteren Steigerung der Temperatur ab, d. h., je höher die Temperatur, um so besser bzw. schneller der Abbrand. Es ist daher wirtschaftlich am besten, dicht unterhalb der für den Kontaktstoff kritischen Temperatur zu arbeiten. Diese Temperatur an den heißesten Stellen des Ofens muß mithin dicht unterhalb der kritischen Temperatur liegen. An den weniger heißen Stellen ist dementsprechend der Abbrand schlechter. Ein Ofen mit sehr großen Temperaturunterschieden im Kontaktstoffbett arbeitet daher mit niedriger Abbrandleistung. Herrscht dagegen in einem Ofen an allen Stellen eine gleichmäßige Temperatur, so kann der Ofen bei gleicher Leistung kleiner ausgeführt werden.

Ein Öfen mit großen Temperaturunterschieden im Kontaktstoffbett kann andererseits dazu führen, daß ein Teil des Kontaktstoffs in ungenügend regeneriertem Zustand der Reaktionszone zugeleitet wird. Auch ist es möglich, daß bei einer Leistungsverbesserung Luftverteilervorrichtung

für einen Ofen zum Regenerieren

von verbrauchtem körnigem Kontaktstoff

Anmelder:

Socony Mobil Oil Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald,

und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Tal 71,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom H. März 1954

Benjamin Lincoln Moulthrop, Pitman, N. J., und William Frank Ellis jun., Beaumont, Tex.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

eines solchen Ofens die Temperatur an den heißesten Stellen über die kritische Temperatur hinaus steigt. Der Kontaktstoff wird hierdurch teilweise überhitzt und verdorben. Tn beiden Fällen wird dann im Reaktionsgefäß ein ungenügend wirksamer oder ganz verdorbener Kontaktstoff als toter Ballast mitgeführt, was die Leistung des Reaktionsgefäßes vermindert.

Die bereits erwähnte erhebliche Anzahl von Lufteinführungsrohren wurde bisher allgemein als völlig ausreichend angesehen. Man konnte auch ohne weiteres annehmen, daß die dadurch bedingte Luftverteilung gleichmäßig genug ist, zumal der Abstand der Rohre bis auf etwa 40 cm herunter gewählt wurde. Da die Rohre einen bestimmten Durchmesser haben und am Austrittsende mit konischen Verteilern ausgerüstet sind, so daß die benachbarten Lufteintrittskreise einen entsprechend geringeren Abstand haben, war nicht vorauszusehen, daß ein noch kleinerer Abstand eine Verbesserung der Arbeitsweise dieser Regenerierungsöfen mit sich bringen könnte.

Überraschenderweise wurde nun aber gefunden, daß dies tatsächlich der Fall ist. Wird gemäß der Erfindung ein Abstand der Lufteintrittsstellen von weniger als 25 cm, vorzugsweise 13 bis 25 cm, gewählt, so ergibt sich eine wesentlich bessere Leistung des Ofens. Bei Versuchen wurde ermittelt, daß der Abbrand um 10 bis 20*/o steigt, was zu einer entsprechenden Ver-

besserung der Reaktion im Reaktionsgefäß führt, was beim. Kracken eine größere Ausbeute an leichten Kohlenwasserstoffen (Benzin) bewirkt.

Die Wirkung der gemäß der Erfindung weniger als 25 cm voneinander entfernten Lufteintrittsstellen zeigt sich auch insbesondere bei einer Überprüfung der Temperaturunterschiede. Bei dem bereits erwähnten Ofen mit 360 Lufteinlaß rohren wurden selbst im unteren Teil noch erhebliche Temperaturunterschiede festgestellt, während der gleiche Ofen, gemäß der Erfindung mit 1800 Lufteintrittsstellen ausgerüstet, eiggi ,_: ganz erhebliche Verringerung der Temperaturujjtter- "** schiede zeigte. ν^:,.. '

In der Zeichnung ist die Erfindung durch Ai?!^ " führungsbeispiele und Diagramme veranschaulicht.-Es. is zeigt

Fig. 1 ein Schema einer Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen Regenerierungsofen, ao

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Ofens,

Fig. 4 und 5 Diagramme,

. Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch einen Luftverteiler, Fig. 7 eine Unteransicht zu Fig. 6,

Fig. 8 einen senkrechten Schnitt durch das untere Ende eines Verteilerrohres,

Fig. 9 einen senkrechten Schnitt durch einen anderen Luftverteiler, Fig. 10 eine Unteransicht zu Fig. 9,

Fig. 11 eine Einzelheit des Luftverteilers nach Fig. 9 und 10,

Fig. 12 und 13 den Luftverteiler nach Fig. 9 und 10 in seiner Wirkungsweise mit und ohne Lochplatte.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage gelangt ein körniger Katalysator durch die Speiseleitung 10 unter Wirkung der Schwerkraft in das Reaktionsgefäß 11. Durch Zuführung eines inerten Gases mittels des Rohres 12 in einen Verschlußtopf 13 wird das Gefäß 11 gegenüber der Leitung 10 so abgedichtet, daß keine Reaktionsprodukte nach oben entweichen können. Durch die Leitung 14 wird der Kohlenwasserstoff zugeführt. Nach Durchströmen des Kontaktstoffbetts im Gefäß 11 wird das umgewandelte Produkt durch die Leitung 15 abgezogen. Der verbrauchte Katalysator sinkt durch die Leitung 16 aus dem Reaktionsgefäß in das Regenerierungsgefäß ab, wobei er einen Druckminderungstopf 18 durchläuft, aus dem Gas durch das Rohr 19 abgezogen wird.

Im Ofen sinkt der Katalysator ebenfalls als kompakte Masse (Wanderschicht) nach unten ab. Durch eine Leitung 20 wird auf einem Zwischenniveau Luft zugeführt, die sich in zwei Teilströme verzweigt. Ein Teil der Luft geht nach oben durch die Katalysatormasse im Gegenstrom hindurch, während der zweite Teil im Gleichstrom mit der absinkenden Kontaktstoffmasse nach unten strömt. Die im oberen Regencrierungsabschnitt entstehenden Abgase werden durch die Leitung 21 abgezogen, während der untere Abgasstrom durch die Leitung.22 abgeht. Durch die Leitung 23 kann ein Verschlußgas" zugeführt werden.

Der aus dem Ofen kommende Katalysator gelangt dann weiter durch die Leitung 24 über einen Entlüftungstopf 25 und eine Leitung 26 in den Hebetank 27 eines Druckluftförderers. Durch die mittels der Rohre ?8 bzw. 29 zugeführte Förderluft wird der Katalysator in der Hebeleitung 30 nach oben in einen Abscheider 31 gefördert, aus dem die Förderluft durch die Leitung 32 entweicht. Über einen Entlüftungstopf 33 mit Rohr 34, aus dem das durch Leitung 12 zugeführte Verschlußgas abströmt, kehrt der Katalysator in die Speiseleitung 10 zurück.

Aus Fig. 2 sind die Lufteinführungsrohre 40., 41, 42 innerhalb des Ofens ersichtlich, die auf einem gemeinsamen Niveau an über den Ofenquerschnitt gleichmäßig verteilten Stellen enden. Der direkt unter den Rohren befindliche Katalysator wird von der Luft schnell gekühlt, da diese üblicherweise wesentlich kühler ist als der Katalysator. Wie durch Pfeile angedeutet, strömt ein Teil der Luft seitlich in die ',Räume zwischen den Rohren. Da diese Luft durch den ^Katalysator bereits vorgewärmt ist, hat sie an den ■Stellen AB eine wesentlich höhere Temperatur als an den Stellen CDE. Der direkt unter den Rohren befindliche Katalysator wird daher erheblich stärker gekühlt als der zwischen den Rohren befindliche Katalysator. Bisher wurde angenommen, daß sich die Temperatur über den Bettquerschnitt hinweg bald ausgleicht, sofern die Rohre einigermaßen dicht aneinanderstehcn, jedoch wurde gemäß der Erfindung festgestellt, daß diese Wirkung erst eintritt, wenn der Abstand der Rohre geringer ist als etwa 25 cm. Dieser Wert ist als kritischer Maximal abstand anzusehen.

Bei Untersuchungen an einem im Betrieb befindlichen Ofen mit einem Katalysatorumlauf von etwa 270 bis 360 t pro Stunde und einem Koksabbrand von etwa 3400 bis 3600 kg pro Stunde wurde festgestellt, daß bei einer Entfernung der Lufteinführungsrohre von etwa 40 cm an einzelnen ,Stellen unterhalb der Rohre die kritische Temperatur hinsichtlich der Schädigung des Katalysators erreicht wurde, während andere Stellen zu kalt blieben, wobei die Temperaturdifferenz, wie schon eingangs erwähnt, etwa 90° C betrug. Wurde nun der Abstand der Rohre auf etwa 18 cm vermindert, so verschwand die Temperaturdtfiferenz weitgehend. Bei geringerem Abstand als 13 cm konnte keine Verbesserung mehr festgestellt werden. Steigt der Abstand aber über etwa 25 cm an, so erhöht sich die Temperaturdifferenz erheblich.

Aus Fig. 3 sind in der Praxis benutzte Lufteinführungsrohre ersichtlich. Die Luft wird in den Ofen 50 durch die Einlaßleitung 51 eingeführt, die an eine Verteilerkammer 52 angeschlossen ist. Der verbrauchte Katalysator tritt durch die Leitung 53 ein und bildet über der Kammer 52 einen Haufen, der von dem Schüttkonus 54 eingeschlossen ist. Mittels Rohre 55 wird der Katalysator durch die Kammer hindurch in die eigentlichen Regenerierungszonen eingeführt, die er als kompakte Masse anfüllt. Vom Boden der Kammer 52 aus erstrecken sich die Lufteinführungsrohre 56 bis auf ein Zwischenniveau, das etwa in der Mitte der Katalysatormasse liegt. Die gleichmäßig über den Ofenquerschnitt verteilten Rohre 56 tragen unten Luftverteiler 57. Die austretende Luft wird dabei weitgehend über den Querschnitt des Ofens verteilt, und eine Teilmenge der Luft strömt nach oben durch die Katalysatormasse hindurch, wobei der Koksniederschlag auf dem Katalysator abgebrannt wird. Das entstehende Abgas wird durch Leitung 58 abgezogen. Der andere Teil der Luft strömt mit der Katalysatormasse im Gleichstrom nach unten. Das Abgas wird durch Leitung 59 abgezogen. Im O'fen, insbesondere am Boden, können die üblichen Kühlschlangen vorgesehen sein. Der regenerierte Katalysator verläßt den Ofen durch die Leitungen 60 und kehrt gemäß Fig. 1 in den Kreislauf zurück.

Die mit einem solchen Ofen angestellten Untersuchungen führten zu den Ergebnissen, die in der nachfolgenden Tabelle enthalten sind. Aus dieser ist

ersichtlich, daß bei einem Rohrabstand von 22,8 cm gegenüber einem Abstand von 39,4 cm die senkrechte Temperaturverteilung im unteren Teil des Ofens wesentlich verbessert wurde und daß insbesondere im unteren Zonenabschnitt des Ofens mit derselben Luftmenge bei einer geringeren Temperaturspitze mehr Koks abgebrannt wurde. Aus der Tabelle ergibt sich auch, daß die starke Verschiedenheit des beim regenerierten Katalysator noch vorhandenen Koksgehaltes weitgehend beseitigt wird.

Temperaturverhältnisse und Koksmengen bei der Katalysatorregenerierung in einem Ofen einer

katalytischer! Krackanlage

Betriebsbedingungen für alle Fälle 1 bis 6:

Katalysatorumlauf 363 t/h

Verbrennungsluft 1132 cbm/rain von 205° C

Katalysatoreintrittstemperatur 469° C

Fall

Anzahl der Lufteinlaß rohre

Entfernung der Rohre, cm

Koks auf dem Katalysator beim Eintritt, Gewichtsprozent

desgleichen über den Lufteinlässen, Gewichtsprozent

Berechneter Koksabbrand, kg/h

oben

unten

insgesamt

Katalysatortemperatur, ° C

über den Lufteinlässen

unter den Lufteinlässen

Max

Min

50,8 cm unter den Lufteinlässen

Max

Min

2,13 m unter den Lufteinlässen

Max

Min

über den Kühlschlangen

Max

Min

Koksgehalt des regenerierten Katalysators, Gewichtsprozent

Max

Min

Durchschnitt

360 39,4

0,855

0,000

3110 3110

732

732 343

721 390

691 452

668 499

360 39,4 1,055
0,200

3110

680

3790

732

732 343

748* 390

745 457

718 524 0,144
0,003
0,012

360
39,4

1,255
0,400

3110
1303
4413

732

732
343

775
390

795*
463

779
541

0,320
0,016
0,041

1800

22,8

0,855
0,000

3110
3110

732

732
343

699

427

649
521

621
574

1800 22,8

1,055 0,200

3110

708

3818

732

732 343

726* 428

700 554

682 646

1800 22,8

1,255

0,400

3110 1357 4467

732

732 343

752* 428

741 574

720 702

0,035 0,102

0,003 0,017

0,006 ! 0,027

* = Spitzencemperatur.

Anmerkung: Die Kühlschlangen liegen im untersten Teil der Brennzone, wo eine sehr geringe Verbrennung stattfindet.

In Fig. 4 ist ein Diagramm über die Koksverteilung im unteren Abschnitt eines Regenerierungsofens mit unterteilter Luftzufuhr (im folgenden Teilstromofen genannt) dargestellt, der unter den in der Tabelle angegebenen Bedingungen arbeitet. Dieses Diagramm zeigt den Koksgehalt auf dem Katalysator auf verschiedenem Niveau unter dem Lufteinlaß bis hinunter zum Boden des Ofens. Es ist ersichtlich, daß bei Anwendung eines dichteren Abstandes der Lufteinlaßrohre, wie durch die voll ausgezogenen Kurven gezeigt, der Koksgehalt im kältesten Teil des Ofens sich wesentlich mehr dem Koksgehalt im wärmsten Teil des Ofens nähert, als wenn ein weiterer Abstand angewendet wird. In gleicher Weise zeigt Fig. 5, daß die Temperaturverteilung bei dichterem Abstand gleichmäßiger ist. Diese Figur stellt ein senkrechtes Tcmperaturdiagramm im unteren Abschnitt des Teilstromofens unter ähnlichen Betriebsbedingungen dar, wie sie in der Tabelle niedergelegt sind. Die Temperaturdifferenzen am unteren Ende der Verteilerrohre sind in beiden Fällen die gleichen. Wenn jedoch der dichtere Abstand der Lufteinlaßrohre angewendet wird, wird, wie ersichtlich, die Temperaturdifferenz über den Ofenquer schnitt hinweg während der Zeit weitgehend ausgeglichen, in welcher der Katalysator den Boden des Ofens erreicht. Dies trifft aber für den Fall nicht zu, wo der weitere Abstand der Lufteinlaßrohre angewendet wird. Bei dem bisher angewendeten Abstand kann vielmehr festgestellt werden, daß die Temperatur über den Bettquerschnitt hinweg praktisch niemals ausgeglichen wird, gleichgültig welche Betttiefe vorgesehen wird.

In entsprechender Weise wird natürlich die waagerechte Temperaturverteilung erst recht wesentlich

Claims (4)

gleichmäßiger, wenn der geringe Abstand der Lufteinfühfungsrohre gewählt wird. In Fig. 6 bis 13 sind zwei bevorzugte Ausführungen des Luftverteilers am unteren Ende der Lüfteinführungsrohre 56 dargestellt. Durch diese Verteiler wird erreicht, daß bei nicht zu großer Anzahl von Rohren 56 genügend dichte Einführungsstellen für die Luft erzielt werden. Als Verteiler kann gemäß Fig. 6 und 7 ein kegelstumpfförmiger Teil 65 dienen, der unten durch eine Platte 66 abgeschlossen ist. An dieser mit öffnungen versehenen Platte sind vier Verteilerroiire 67 angebracht, die im Winkel des kegel stumpf förmigeft Teils 65 geneigt sind. Ferner sitzt an der Platte ein geradestehendes mittleres Verteilerrohr 68. Die öffnung 69 für dieses Rohr 68 hat zur Vergleichmäßigung des Luftaustritts aus allen Rohren 67, 68 einen kleineren Querschnitt als die lichte Weite des Rohres 68. Fig. 8 zeigt das untere Ende eines Rohres 67, 68, das mit einer der Praxis entsprechenden Luftströmung ao untersucht wurde. Unter dem Austrittsende bildet sich im Katalysator der strichpunktiert angedeutete Lufthohlraum. Der Verteiler nach Fig. 9 und 10 besteht aus einem mittleren Rohr 70 mit Längsschlitzen und einer Anzahl von flachen Mundstücken 71, die am Rohr 70 sitzen und die durch die Längsschlitze austretende Luft nach unten leiten. Die Mundstücke selbst bestehen aus einer dreieckigen Seitenwand 72 und einer schrägen Stirnwand 73. Zur gleichmäßigen Verteilung des Luftaustritts ist in das Rohr 70 eine Lochplatte 74 eingesetzt (vgl. auch Fig. 11). Diese Lochplatte ist wichtig, wie sich aus einem Vergleich der Fig. 12 und 13 ergibt. Ohne Lochplatte 74 entsteht unterhalb des Verteilers ein unregelmäßiger Hohlraum innerhalb der Katalysatormasse, wie strichpunktiert in Fig. 12 angedeutet ist, während mit der Lochplatte 74, die in Fig. 13 strichpunktiert wiedergegebene Form des Hohlraums erhalten wird. Die gleichmäßigere Luftverteilung ist für die Erreichung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung sehr wichtig. Die kritische Temperatur, die bei der Regenerierung verschiedener Katalysatoren zu beachten ist, hat keinen Einfluß auf den Abstand der Verteilerrohre. In einem gewissen Ausmaß wird dieser Abstand aber von dem Verhältnis der Wärmekapazität des Katalysators zu der der Luft beeinflußt. Patent küche:

1. Luftverteilervorrichtung für einen Ofen zum Regenerieren von verbrauchtem körnigem Kontaktstoff durch Abbrennen kohlenstoffhaltigen Niederschlags mittels Luft mit unterhalb der Oberfläche der Kontaktstoffwanderschicht im Ofen auf einem gemeinsamen Niveau mündenden Luftemführungsrohren, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Luftcintrittsstellen weniger als 25 cm, vorzugsweise 13 bis 25 cm, beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verteiler (57) am unteren Ende der Lufteinf ührungsrohre (56).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verteiler am unteren Ende der Lufteinführungsrohre (56) ein kegelstumpfförmiger Teil (65) sitzt, der unten durch eine Platte (66) abgeschlossen ist, wobei an der mit öffnungen versehenen Platte vier im Winkel des kegelstumpfförmigen Teils (65) geneigte Verteilerrohre (67) und ein geradestehendes mittleres Verteilerrohr (68) angebracht sind, dessen Einlaßöffnung (69) einen kleineren Querschnitt hat als die Hellte Weite des Rohres (68).

4. \-^rorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler aus einem mittleren Rohr (70) mit Längsschlitzen und einer Anzahl von flachen Mundstücken (71) besteht, die am Rohr (70) sitzen und die durch die Längsschlitze austretende Luft nach unten leiten, wobei im Rohr (70) eine Lochplatte (74) eingesetzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 885 697;
USA.-Patcntschriften Nr. 2 399 532, 2 458 487, 587 670, 2 66:1 322, 2 662 7%.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

©909 649/405 11.59