DE1257120B - Process for controlling the production of hydrogen by catalytic cracking of a hydrocarbon feed stream - Google Patents

Process for controlling the production of hydrogen by catalytic cracking of a hydrocarbon feed stream

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DE1257120B
DE1257120B DEU8642A DEU0008642A DE1257120B DE 1257120 B DE1257120 B DE 1257120B DE U8642 A DEU8642 A DE U8642A DE U0008642 A DEU0008642 A DE U0008642A DE 1257120 B DE1257120 B DE 1257120B
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Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 12 i -1/20 German class: 12 i - 1/20

Nummer: 1 257 120Number: 1 257 120

Aktenzeichen: U 8642IV a/12 iFile number: U 8642IV a / 12 i

Anmeldetag: 23. Januar 1962Filing date: January 23, 1962

Auslegetag: 28. Dezember 1967Open date: December 28, 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Erzeugung von Wasserstoff durch katalytisches Kracken eines Kohlenwasserstoffbeschickungsstromes in einem mit nur zwei Umsetzungszonen unter Ausschluß einer Koksentnahme aus dem Verfahren arbeitenden System, insbesondere betrifft die Erfindung die Durchführung eines solchen Verfahrens in einem Wirbelschichtsystem unter Verwendung von Naturgas, Methan oder sonstigem Kohlenwasserstoff. In üblichen Wirbelschichtumwandlungssystemen, wie sie für katalytische Krackung von Gasöl zur Aufbesserung von Krackbenzin verwendet werden, ist es üblich, eine Wärmesteuerung am Reaktor dadurch vorzusehen, daß man die Wärme des Kohlenwasserstoffeinspeisstromes mit Wärmeaustauschern oder Vorerhitzern sowie die Kreislaufgeschwindigkeit des heißen Katalysators zwischen dem Regenerator und dem Reaktor variiert. Bei der katalytischen Krackung von Ölen mit dem Ziel einer Benzinausbeute laufen die Wirbelschichtkrackeinheiten als »wärmeausgeglichene« Einheiten ohne viel Schwierigkeiten. Bei der Krackung von Methan zu Wasserstoff und Koks ist der Betrieb jedoch hoch endotherm und erfordert eine hohe Temperatur, im allgemeinen oberhalb 650° C. Es ist daher notwendig, die aus dem Kohlenstoff, der bei der Krackreaktion entsteht, zur Verfügung stehende Wärme in einem besonders günstigen Maße auszunutzen. In einem kontinuierlichen Wirbelschichtsystem wird Kohlenstoff in der Regenerierzone verbrannt, um Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd zu ergeben und die Katalysatorteilchen für die Rückkehr zur Reaktionszone aufzuheizen. Natürlich ist es unerwünscht und auch unwirtschaftlich, zusätzlichen Brennstoff in der Regenerierzone verbrennen zu müssen, insbesondere wenn die Regenerierstufe betrieben werden kann, um die notwendige Wärme aus dem in der Reaktionszone sich bildenden Koks zu liefern.'The invention relates to a method for controlling the production of hydrogen by catalytic Cracking a hydrocarbon feed stream in one with only two exclusion zones a coke extraction system operating from the process, in particular the invention relates the implementation of such a process in a fluidized bed system using Natural gas, methane or other hydrocarbons. In common fluidized bed conversion systems such as it is used for catalytic cracking of gas oil for upgrading cracked gasoline It is common to provide heat control on the reactor by applying the heat from the hydrocarbon feed stream with heat exchangers or preheaters and the circulation speed of the hot catalyst between the regenerator and the reactor varies. Run in the catalytic cracking of oils with the aim of a gasoline yield the fluidized bed cracking units as "thermally balanced" units without much difficulty. at the cracking of methane to hydrogen and coke, however, the operation is highly endothermic and requires a high temperature, generally above 650 ° C. It is therefore necessary that from the carbon, generated in the cracking reaction, available heat in a particularly favorable Take advantage of dimensions. In a continuous fluidized bed system, carbon is found in the regeneration zone burned to yield carbon monoxide and carbon dioxide and the catalyst particles for that Return to the reaction zone to heat up. Of course, it is undesirable and also uneconomical to have additional Having to burn fuel in the regeneration zone, especially when the regeneration stage is in operation can be to the necessary heat from the coke forming in the reaction zone deliver.'

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch getrennte Herstellung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd mit anschließender Vermischung der beiden Gase in einem dem Synthesegas entsprechenden Molverhältnis ist es bekannt, in einem System mit nur zwei Umsetzungszonen unter Ausschluß einer Koksentnahme zu arbeiten und die endotherme Wärme der Umwandlung des Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff und Kohlenstoff bei einer Temperatur oberhalb 650° C von einer Katalysatorregenerierzone zur Reaktionszone mittels eines Stromes erhitzter Katalysatorteilchen zu führen, die carbonisierten Katalysatorteilchen aus der Reaktionszone zu der Regenerierzone zu leiten und darin durch Verfahren zur Steuerung der Erzeugung
von Wasserstoff durch katalytisches Kracken
eines Kohlenwasserstoffbeschickungsstromes
In a process for the production of synthesis gas by the separate production of hydrogen and carbon monoxide with subsequent mixing of the two gases in a molar ratio corresponding to the synthesis gas, it is known to work in a system with only two conversion zones with the exclusion of coke removal and the endothermic heat of the conversion of the Hydrocarbon in hydrogen and carbon at a temperature above 650 ° C from a catalyst regeneration zone to the reaction zone by means of a stream of heated catalyst particles to conduct the carbonized catalyst particles from the reaction zone to the regeneration zone and therein by methods for controlling the production
of hydrogen through catalytic cracking
a hydrocarbon feed stream

Anmelder:Applicant:

Universal Oil Products Company,Universal Oil Products Company,

Des Piaines, JH. (V. St. A.)Des Piaines, JH. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,Dr. H.-H. Willrath, patent attorney,

Wiesbaden, Hildastr. 32Wiesbaden, Hildastr. 32

Als Erfinder benannt:Named as inventor: 2020th Beanspruchte PrioritätClaimed priority (V.(V. St. A.)St. A.) Jack Bernard Pohlenz,Jack Bernard Pohlenz, V. St. v. Amerika vomV. St. v. America from Arlington Heights, JIl. Arlington Heights, JIl. 26.26th Januar 1961 (85 154)January 1961 (85 154)

Verbrennung von Kohlenstoff in sauerstoffhaltigem Gas wieder zu erhitzen. Bei der Zielsetzung, Synthesegas zu erhalten, kommt es naturgemäß darauf an, im wesentlichen reines Kohlenmonoxyd ohne Kohlendioxyd zu erhalten, und man muß infolgedessen das Verfahren so steuern, daß bei der Verbrennung des Kohlenstoffs ausschließlich Kohlenmonoxyd entsteht. Eine Erhöhung der Spalttemperatur durch Steigerung der Sauerstoffzufuhr ist zu vermeiden. Combustion of carbon in oxygen-containing gas to reheat. When aiming, syngas Of course, it is important to obtain essentially pure carbon monoxide without it To obtain carbon dioxide, and one must consequently control the process so that during the combustion of the carbon only carbon monoxide is produced. An increase in the splitting temperature by increasing the oxygen supply is to be avoided.

Demgegenüber geht die Erfindung von der Feststellung aus, daß beim Betrieb eines WJrbelschichtsystems zur Wasserstofferzeugung mit einer KataTysatorwirbelschicht_das Verhältnis vonKohlendioxyd zu Kohlenmonoxyd im Regeneratorabgasstrom leicht und willkürlich innerhalb gewisser Grenzen einer Kohlenstoffablagerung auf den Katalysatorteilchen variiert und das Verhältnis von Kohlendioxyd zu den gesamten gebildeten Kohlenoxyden umgekehrt ansprechend auf gewisse Kohlenstoffwerte, die auf dem regenerierten Katalysator zurückgehalten werden, geregelt oder gesteuert werden kann. Mit anderen Worten kann bei einer praktisch konstanten Kreislaufgeschwindigkeit der Katalysatorteilchen zwischen den Zonen bei gleichzeitiger Erzeugung eines Abgasstromes aus dem Generator von praktisch konstanter Temperatur das Verhältnis von CO2: CO ent-In contrast, the invention is based on the finding that when operating a fluidized bed system for hydrogen generation with a catalyst vortex, the ratio of carbon dioxide to carbon monoxide in the regenerator exhaust gas stream varies slightly and arbitrarily within certain limits of carbon deposition on the catalyst particles, and the ratio of carbon dioxide to the total carbon dioxide formed varies can be regulated or controlled in response to certain levels of carbon retained on the regenerated catalyst. In other words, with a practically constant circulation speed of the catalyst particles between the zones with simultaneous generation of an exhaust gas stream from the generator at a practically constant temperature, the ratio of CO 2 : CO can develop.

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sprechend schwankenden Werten von auf denKataly- Gas und Koks, in der Reaktionszone führen. WennSpeaking of fluctuating values of the catalytic gas and coke, lead in the reaction zone. if

satorteilchen zurückgehaltenem Kohlenstoff variiert es sich aber wie im vorliegenden Fall um die Spal-carbon retained by satellite particles, however, as in the present case, the gap

werden. tung von leichten Kohlenwasserstoffen, z. B. Methan,will. processing of light hydrocarbons, e.g. B. methane,

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch zu Wasserstoff und Koks handelt, die natürlich bei gelöst, daß während der unvollständigen Verbren- 5 höherer Temperatur als die Gewinnung von Kracknung des Kohlenstoffs aus den Katalysatorteilchen benzin erfolgt, so kann die Temperatursteigerung für und während der Zufuhr erhitzter kohlenstoffhaltiger die Wasserstoffbildung mittels hoher Kreislauf-Katalysatorteilchen mit praktisch konstanter Fließ- geschwindigkeit der erhitzten Katalysatorteilchen geschwindigkeit zu der Reaktionszone die Sauerstoff- noch dadurch gefördert werden, daß man auf den zufuhr zur Regenerierzone durch Mengenregulierung io Katalysatorteilchen in der Regenerierzone einen gesteigert oder herabgesetzt wird. Die Erfindung höheren Kohlenstoffgehalt bis zu 8°/o zur Verfügung gestattet eine feine Regulierung der Wasserstofferzeu- hat, um im Bedarfsfall durch weitere Oxydation zu gung, indem ein Ansteigen des Volumenverhälnisses Kohlenmonoxyd bzw Kohlendioxyd die notwendige von Kohlendioxyd zu gesamten Kohlenoxyden in endotherme Wärme zu liefern, während die Tempedem Regenerationsabgas, sowie ein Anstieg der 15 ratur des Regeneratorabgases praktisch konstant Temperatur des regenerierten Katalysators auf einen bleibt.This object is according to the invention thereby acts on hydrogen and coke, which of course with solved that during the incomplete incineration 5 higher temperature than the recovery of cracking of the carbon from the catalyst particles takes place gasoline, so the temperature increase for and during the supply of heated carbonaceous ones the hydrogen formation by means of high cycle catalyst particles with a practically constant flow rate of the heated catalyst particles speed to the reaction zone, the oxygen can still be promoted by the fact that on the supply to the regeneration zone by regulating the quantity of catalyst particles in the regeneration zone is increased or decreased. The invention provides higher carbon content up to 8% allows a fine regulation of the hydrogen production, in order to increase, if necessary, by further oxidation by increasing the volume ratio of carbon monoxide or carbon dioxide the necessary from carbon dioxide to total carbon oxides in endothermic heat supply during the tempedem Regeneration exhaust gas and an increase in the temperature of the regenerator exhaust gas practically constant The temperature of the regenerated catalyst remains at one.

im wesentlichen konstanten höheren Wert bewirkt Wenn man einen Wechsel im Verhältnis vonsubstantially constant higher value causes if one changes in the ratio of

wird, wenn eine höhere Wärmezufuhr zu der Reak- Kohlendioxyd zu Kohlenmonoxyd in der Regenerier-if a higher heat supply to the reac- carbon dioxide to carbon monoxide in the regeneration

tionszone erwünscht ist, und andererseits wird die zone herbeiführt, ist es notwendig, die Menge zuge-tion zone is desired, and on the other hand the zone is created, it is necessary to add the amount

Sauerstoffzufuhr zur Regenerationszone auf eine ent- 20 führten Sauerstoffs zu verändern. Eine gesteigerteOxygen supply to the regeneration zone to change to a abducted oxygen. An increased one

sprechende Verminderung dieses Volumenverhält- Sauerstoffmenge läßt das Verhältnis von CO2 zu COSpeaking reduction of this volume ratio - amount of oxygen leaves the ratio of CO 2 to CO

nisses im Abgas herabgesetzt und die Temperatur auf einen höheren erwünschten Wert ansteigen undnisses in the exhaust gas and the temperature rise to a higher desired value and

des regenerierten Katalysators auf einen im wesent- ergibt gleichzeitig eine geringere restliche Kohlen-of the regenerated catalyst to an essentially- at the same time results in a lower residual carbon

lichen konstanten niedrigeren Wert bewirkt, wenn Stoffablagerung auf den regenerierten Katalysatorteil-lichen constant lower value causes when substance deposits on the regenerated catalyst part

Wärmezufuhr zu der Reaktions- 25 chen. Wenn aber die Regenerierstufe ausgeglichenHeat supply to the reaction area. But if the regeneration level is balanced

ist. ist und sich ein Katalysatorstrom von erwünschteris. and a catalyst stream is desirable

,olMändigkeit halber sei noch erwähnt, daß erhöhter Temperatur ergeben soll, kann die Luft-For the sake of stability, it should also be mentioned that increased temperature should result in the

bei einem gekannten Verfahren zur Erzeugung von menge etwas vermindert werden, wird aber auf einerin a known method for generating amount are somewhat reduced, but is on a

großstüokigem Hartkoks bei gleichzeitiger Wasser- größeren Höhe bleiben, als sie vorher erforderlichlarge pieces of hard coke with simultaneous water greater height than previously required

Stoffgewinnung der Zusatz einer besonderen Schwer- 30 war, um den früheren Regenerierbetrieb mit seinerExtraction of material was the addition of a special difficulty to the earlier regeneration company with its

Ölbeschickung mit hohem Gehalt an Conradson- niedrigeren Kohlendioxyderzeugung und mit einerOil feed with high Conradson content- lower carbon dioxide production and with a

Kohle zu dem mit Kohlenwaserstoffgas geförderten etwas geringeren Kohlenstoffmenge in dem zurück-Coal to the somewhat smaller amount of carbon extracted with hydrocarbon gas in the

Koksstrom bekannt ist, wobei die Umsetzung in geleiteten Katalysatorstrom zu ergeben. Die Erfin-Coke stream is known, the reaction yielding in directed catalyst stream. The Invention

einer Zone von hoher Strömungsgeschwindigkeit er- dung sieht deshalb zwei Ausführungsformen für diea zone of high flow velocity ground therefore sees two embodiments for the

folgt und aus dem Produktstrom Wasserstoff vom 35 Regulierung des Anstieges oder der Verminderungfollows and from the product stream hydrogen from the regulation of the increase or decrease

Koks abgetrennt wird. Da der Koks als Produkt ge- der Sauerstoffzufuhr zur Regenerationszone vor: InCoke is separated. Since the coke is the product of the oxygen supply to the regeneration zone: In

wonnen wird, ist auch keine Regenerierzone vor- einem Fall erfolgt sie mit Hilfe der Messung desis recovered, is also not a regeneration zone in front of a fall, it is done with the help of the measurement of the

handen. damit verbundenen Ansteigens oder Abfallens desact. associated increase or decrease in

Schließlich erfolgt nach einem älteren Vorschlag Volumenverhältnisses von CO2: CO +- CO., in dem die Deckung der bei der thermischen Spaltung von 40 Abgas, das aus der Regenerationszone abgezogen gasförmigen Kohlenwasserstoffen aufzubringenden wird, im anderen Fall mit Hilfe der Messung des Wärme mit Kreislauf des Kohlenstoffs durch eine damit verbundenen Anstiegs oder Abfalls der Kohlen-Aufheizvorrichtung und einen Spaltreaktor unter stoffmenge, die in dem regenerierten Katalysator entteilweiser Verbrennung des Kohlenstoffs in einer halten ist.Finally, according to an older proposal, there is a volume ratio of CO 2 : CO + - CO., In which the coverage of the gaseous hydrocarbons to be applied during the thermal splitting of exhaust gas that is withdrawn from the regeneration zone, in the other case with the help of the measurement of the heat Cycle of carbon through an associated increase or decrease in the coal heating device and a cracking reactor under the amount of material that is kept in the regenerated catalyst partial combustion of the carbon in a.

Wirbelschicht dadurch, daß die umlaufenden Koks- 45 Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugteilchen die Heizvorrichtung von oben nach unten nähme auf die Zeichnung näher erläutert,
durchlaufen und ein Teil der für die Verbrennung F i g. 1 zeigt schematisch ein Katalysatorwirbeldes Kohlenstoffs erforderlichen Luftmenge in die Schichtsystem, während
Fluidized bed in that the circulating coke 45 The invention is explained in more detail below with reference to the heating device from top to bottom with reference to the drawing,
go through and part of the incineration F i g. 1 shows schematically a catalyst vortex while the amount of air required for carbon in the layer system

Kokswirbelschicht, der Rest dagegen oberhalb dieser Fig. 2 in einer Kurve die Beziehung zwischenCoke fluidized bed, the rest, however, above this Fig. 2 in a curve the relationship between

Schicht in den einfallenden Koksteilchenstrom einge- 50 Kohlenstoffgehalt auf dem regenerierten KatalysatorLayer in the falling coke particle stream 50 carbon content on the regenerated catalyst

führt wird. Nach diesem älteren Verfahren wird aber und Verhältnis von Kohlendioxyd zu Gesamtkohlen-will lead. According to this older method, however, and the ratio of carbon dioxide to total carbon

nicht ein System mit zwei Umwandlungszonen an- stoffoxyden in der Regenerierzone erläutert,a system with two conversion zones of oxygen oxides in the regeneration zone is not explained,

gewandt, und außerdem wird Koks als Produkt ab- Gemäß F i g. 1 wird durch die Leitung 1 Naturgas,turned, and in addition, coke is sold as a product. 1 is natural gas through line 1,

gezogen. Methan oder anderer leichter Kohlenwasserstoff ein-drawn. Methane or other light hydrocarbon

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er- 55 geführt, der sich zur katalytischen Spaltung in findung wird ein Kohlenstoffgehalt im Bereich von 1 Wasserstoff und Koks eignet. Die Kohlenwasserstoffbis 8% auf den erhitzten Katalysatorteilchen, die beschickung wird mit erhitzten Katalysatorteilchen von der Regenerationszone zur Reaktionszone gehen, vermischt, die aus Leitung 3 mit Kontrollventil 4 einwährend der Zufuhr einer normalerweise gasför- geführt werden; das sich ergebende Wirbelschichtmigen Kohlenwasserstoffbeschickung zur Reaktions- 60 gemisch wird durch die Steigleitung 2 unten in die zone aufrechterhalten. Bei der üblichen katalytischen Reaktionskammer 5 durch einen Rost, z. B. eine Krackung von Gasöl in Wirbelschichtsystemen zur Lochplatte 6, eingeleitet, so daß eine gleichförmige Gewinnung eines verbesserten Krackbenzins wird dichte Wirbelschicht 7 im unteren Teil der Kamregelmäßig in der Regenerierzone praktisch der mer 5 aufrechterhalten wird, in welcher die Umganze Kohlenstoff entfernt oder zumindest auf 65 Wandlung des Kohlenwasserstoffstromes vervollstänweniger als 0,51Vo herabgesetzt, weil höhere Rest- digt wird. Wenn die ganze Kohlenwasserstoffumwandkohlenstoffgehalte zu einer schlechten Produktvertei- lung in der Steigleitung als Reaktionszone vor sich lung, insbesondere Erzeugung größerer Mengen an geht und keine dichte Phase mit Spiegel in einer er-In a preferred embodiment of the invention, which is suitable for catalytic cleavage, a carbon content in the range of 1 hydrogen and coke is suitable. The hydrocarbon up to 8% on the heated catalyst particles, the feed will go with heated catalyst particles from the regeneration zone to the reaction zone, mixed, which are introduced from line 3 with control valve 4 during the supply of a normally gas-fed; the resulting fluidized hydrocarbon feed to the reaction mixture is maintained through riser 2 down into the zone. In the usual catalytic reaction chamber 5 by a grate, for. B. a cracking of gas oil in fluidized bed systems to the perforated plate 6, initiated so that a uniform recovery of an improved cracked gasoline is dense fluidized bed 7 in the lower part of the chamber is regularly maintained in the regeneration zone practically the mer 5, in which all the carbon is removed or at least on 65 Conversion of the hydrocarbon stream is reduced by less than 0.5 1 Vo, because higher residual amounts are produced. If the entire hydrocarbon wall carbon content leads to poor product distribution in the riser as a reaction zone in front of it, in particular the production of larger amounts and no dense phase with a level in a

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wetterten Reaktionszone aufrechterhalten wird, wird Temperaturerhöhung im Reaktor erforderlich ist,the weathered reaction zone is maintained, a temperature increase in the reactor is required

der Produktstrom aus der Steigleitung 2 unmittelbar wird das Schieberventil 4 weiter geöffnet, so daß einethe product flow from the riser 2 directly the slide valve 4 is opened further, so that a

in Teilchenseparatoren ausgetragen, die mit ihren größere Menge heißer Katalysatorteilchen im Ge-discharged in particle separators, which with their larger amount of hot catalyst particles in the

Teilchenrückkehrleitungen unmittelbar an die Re- misch mit Kohlenwasserstoff durch Leitung 2 fließt,Particle return lines directly to the mix with hydrocarbon flows through line 2,

generierzone angeschlossen sind. 5 Wenn umgekehrt eine niedrigere Temperatur imgeneration zone are connected. 5 If, conversely, a lower temperature in the

Im allgemeinen wird die Umwandlung bei etwa Reaktor erwünscht ist, dann wird das Schieber-In general, the conversion is desired around the reactor, then the slide valve

650 bis 925° C durchgeführt. Die erhitzten Kataly- ventil 4 gedrosselt.650 to 925 ° C. The heated catalytic valve 4 is throttled.

satorteilchen verlassen deshalb die Regenerierzone In ähnlicher Weise wird der Katalysatorfluß vomsatorteilchen therefore leave the regeneration zone

mit einer erhöhten Temperatur von etwa 675 bis Reaktor zum Regenerator mittels Schieberventil 12with an elevated temperature of about 675 to reactor to regenerator by means of slide valve 12

980° C. ίο in Leitung 11 automatisch verstellt, um einen prak-980 ° C. ίο automatically adjusted in line 11 in order to

In diesem Wirbelschichtsystem liegt der Betriebs- tisch konstanten Spiegel innerhalb des Reaktors 5 druck nur etwas oberhalb Luftdruck, ist jedoch aus- aufrechtzuerhalten. Die Spiegelkontrollfühler 28 und reichend, um den gewünschten Teilchenkreislauf zu 29 sind mit der Spiegelkontrolleinrichtung LRC verbewirken. Praktisch werden Betriebsdrücke von bunden, die wiederum an das automatische Kontrollweniger als 3,4 atü und meistens im Bereich von 15 ventil 12 angeschlossen ist. Bei einem System, bei etwa 0,68 bis 2 atü angewandt. dem die dichte Phase 7 und die Reaktionskammer 5In this fluidized bed system, the operating table constant level within the reactor 5 pressure is only slightly above air pressure, but can be maintained. The mirror control sensors 28 and sufficient to achieve the desired particle cycle 29 are connected to the mirror control device LRC. In practice, operating pressures are bound, which in turn is connected to the automatic control less than 3.4 atmospheres and mostly in the range of 15 valve 12. On a system applied at about 0.68 to 2 atm. the dense phase 7 and the reaction chamber 5

Im oberen Abschnitt der Reaktionskammer 5 wer- nicht vorhanden sind, können das Spiegelkontroll-In the upper section of the reaction chamber 5 will not be present, the mirror control

den die Katalysatorteilchen in dem Zyklon 8 abge- gerät LRC und das Schieberventil 12 auch fort-The catalyst particles in the cyclone 8 are removed from the LRC and the slide valve 12 also continues.

tiennt und über den Tauchschenkel 9 in die dichte gelassen sein. In einem solchen System geht dertiennt and be left on the plunger 9 in the density. In such a system the

Wirbelschicht 7 gelenkt, während der Gasstrom ao leichte Phasenstrom in der Steigleitung 2 unmittel-Fluidized bed 7 steered, while the gas flow ao light phase flow in the riser 2 immediate

durch die Leitung 10 abgeführt wird. Der vorliegende bar zur Teilchentrenneinrichtung, und deren Tauch-is discharged through line 10. The present bar to the particle separator, and its immersion

Betrieb ergibt ungefähr Gleichgewichtsumwandlung schenkel kommuniziert unmittelbar mit der dichtenOperation results in approximately equilibrium conversion thigh communicates directly with the density

in Wasserstoff, so daß das einzige sonstige Material Regeneratorwirbelschicht 13 oder z. B. mit der Luft-in hydrogen, so that the only other material regenerator fluidized bed 13 or z. B. with the air

von nennenswerter Menge im Gasgemisch aus leitung zum Regenerator.of a significant amount in the gas mixture from the line to the regenerator.

Methan besteht, während darin höchstens sehr wenig 25 Bevorzugte Katalysatoren sollen in der Lage sein, Kohlenoxyde vorhanden sind. Abgetrennte Katalysa- hohen Umwandlungs- und Regeneriertemperaturen torteilchen mit einer Koksablagerung und vielleicht in der Größenordnung von 9800C zu widerstehen, etwas mitgerissener Koks gehen aus der Wirbel- wie Tonerde, Kieselsäure—Tonerde oder Kieselschicht 7 durch eine Abführleitung 11 und ein Steuer- säure—Magnesia, Oxyde von Zirkonium, Titan ventil 12 zur Regenerierkammer 13. 30 u. dgl. oder auch Gemische der vorstehenden OxydeMethane consists of very little at most 25 Preferred catalysts should be able to contain carbon oxides. Separated catalyst to withstand high conversion and regeneration temperatures with a coke deposit and perhaps in the order of 980 0 C, some entrained coke from the fluidized such as alumina, silica-alumina or silica layer 7 through a discharge line 11 and a control acid —Magnesia, oxides of zirconium, titanium valve 12 to the regeneration chamber 13. 30 and the like, or mixtures of the above oxides

Sauerstoffhaltiges Gas, z. B. Luft, wird in den mit einem Oxyd von Chrom, Molybdän oder Vaunteren Teil des Regenerators 13 über ein gelochtes nadium. Vorzugsweise werden Metalle bzw. Metall-Rohrsystem 14 eingeführt, das an die Einlaßleitung oxyde der Gruppe VIII des Periodischen Systems für 15 angeschlossen ist. Durch die Leitung 16 mit dem eine günstigste Wasserstoffbildung gebraucht, wie Steuerventil 17 geht Luft zum Kompressor 18 und 35 Nickel- oder Kobaltverbindungen auf Kieselsäure— Druckluft zur Einlaßleitung 15 und Verteilungsein- Tonerde. Die Größe der Katalysatorteilchen kann richtung 14. Die kokshaltigen Katalysatorteilchen zwischen 0,01 und 0,8 mm Durchmesser liegen,
werden in der Kammer 13 mit der aufwärts fließen- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung den Luft in einer dichten Wirbelschicht 19 behandelt, kann die Temperatur der Katalysatorteilchen selbst über der sich eine leichte Phase aus Abgas und mit- 40 entsprechend dem Verhältnis von Kohlendioxyd zu gerissenen Katalysatorteilchen befindet. Letztere wer- Gesamtkohlenstoffoxyden geregelt und kontrolliert den im Zyklon 20 abgeschieden und in die dichte werden. In F i g. 2 ist der Kohlenstoffprozentsatz Phase 19 mittels eines Tauchschenkels 21 zurück- logarithmisch auf der Abszisse gegen das Verhältnis geführt, während der Abgasstrom, der eine hohe von Prozent CO2 zu gesamten Kohlenstoffoxyden auf Menge Kohlenmonoxyd enthält, durch die Leitung 45 der gleichförmig geteilten Ordinate aufgetragen. Wie 22 mit Steuerventil 23 abzieht und in einem Kohlen- aus der Kurve zu ersehen ist, besteht oberhalb etwa monoxydbrenner oder Kessel zu Kohlendioxyd ver- 0,50O Kohlenstoff des Katalysators, insbesondere brannt wird. oberhalb etwa 1 %, eine ziemlich geradlinige Ab-
Oxygen-containing gas, e.g. B. air, is in the with an oxide of chromium, molybdenum or Vaunteren part of the regenerator 13 via a perforated nadium. Preferably, metals or metal pipe system 14 are introduced which is connected to the inlet line oxyde of group VIII of the periodic table for 15. Through the line 16 with which the most favorable hydrogen formation is needed, like the control valve 17, air goes to the compressor 18 and 35 nickel or cobalt compounds on silica - compressed air to the inlet line 15 and distribution inlet alumina. The size of the catalyst particles can be direction 14. The coke-containing catalyst particles are between 0.01 and 0.8 mm in diameter,
According to one embodiment of the invention, the air is treated in a dense fluidized bed 19 in the chamber 13 with the upward flow is located. The latter are regulated and controlled total carbon oxides which are separated in the cyclone 20 and converted into density. In Fig. 2, the carbon percentage phase 19 is plotted back logarithmically on the abscissa against the ratio by means of a plunger leg 21, while the exhaust gas flow, which contains a high percentage of CO 2 to total carbon oxides per amount of carbon monoxide, is plotted through line 45 of the uniformly divided ordinate. As 22 is withdrawn with control valve 23 and can be seen in a coal from the curve is above about monoxydbrenner or boiler to carbon dioxide comparable 0.5 0 O carbon of the catalyst is in particular burnt. above about 1%, a fairly straight line

Katalysatorteilchen mit einem Rest an Kohlenstoff- hängigkeit zwischen Kohlenstoffgehalt und Prozentablagerung sinken kontinuierlich aus dem unteren 50 satz erzeugten Kohlendioxyds im Verhältnis zu geTeil des Regenerators 13 in einen länglichen Ab- samten erzeugten Kohlenstoffoxyden. In einer Reihe streifabschnitt 24. Dieser dient zur Entfernung von von Betriebsversuchsgängen, bei denen ein Natur-Kohlenstoffoxyden und anderem mitgerissenem Ma- gasstrom mit etwa 85% Methan bei erhöhter Temterial, das die Umwandlung in der Reaktionszone peratur gespalten wurde, ergab der Regenerator eine stören kann, mittels Stickstoff oder anderem inertem 55 praktisch konstante Vergasung und Kohlenstoffentbzw, reduzierendem Gas, das unten in den Abstreif- fernung von den Katalysatorteilchen, eine praktisch abschnitten 24 durch Leitung 25 und Ventil 26 ein- konstante Temperatur in der leichten Phase des Regeführt wird. Ein Teil des wasserstoffhaltigen Pro- generators bei einer Katalysatortemperatur von 685 duktstromes kann vorteilhaft als Abstreifmittel be- bis etwa 691° C sowie eine ziemlich konstante Kreisnutzt werden, indem er zur Leitung 25 und in den 60 laufgeschwindigkeit für die Katalysatorteilchen zwi-Abstreifabschnitt 24 abgezweigt wird. Die ausge- sehen den Zonen. Diese Ergebnisse sind in der folstreiften Katalysatorteilchen gelangen kontinuierlich genden Tabelle zusammengestellt. Die verschiedenen durch Leitung 3 und Steuerventil 4 zur Steigleitung 2, Kohlenstoffwerte des regenerierten Katalysators sind um dann wieder in die Reaktionszone 5 einzutreten. in Gewichtsprozent angegeben. Die Mengen anCatalyst particles with a balance of carbon dependence between carbon content and percentage deposition decrease continuously from the lower 50 set of generated carbon dioxide in relation to geTeil of the regenerator 13 in an elongated Ab- generated carbon oxides. In a row strip section 24. This is used to remove operational tests in which a natural carbon oxide and other entrained gas flow with about 85% methane at increased temterial, that the conversion in the reaction zone temperature was broken, the regenerator gave a can interfere, by means of nitrogen or other inert 55 practically constant gasification and carbon degassing or reducing gas, which is down in the stripping distance from the catalyst particles, a practical sections 24 through line 25 and valve 26 a constant temperature in the light phase of the regulator will. Part of the hydrogen-containing generator at a catalyst temperature of 685 The duct flow can advantageously be used as a stripping agent up to around 691 ° C and a fairly constant cycle by going to line 25 and at 60 speed for the catalyst particles between stripping section 24 is branched off. The zones that look like. These results are in the following Catalyst particles are continuously compiled in the table. The different through line 3 and control valve 4 to riser 2, carbon values of the regenerated catalyst to then re-enter the reaction zone 5. given in percent by weight. The amounts of

Ein Temperaturfühler 27 im Inneren des Reak- 65 Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd beziehen sichA temperature sensor 27 inside the reac- 65 carbon dioxide and carbon monoxide relate

tors 5 ist mit einem Temperaturregler verbunden, der auf den Regeneratorgasstrom. Die untere Reihe dertor 5 is connected to a temperature controller that operates on the regenerator gas flow. The bottom row of

an das Kontrollventil 4 angeschlossen ist und ein Tabelle gibt den Prozentsatz CO2 in bezug aufis connected to the control valve 4 and a table gives the percentage of CO 2 in relation to

automatisches Schieberventil betätigt. Wenn eine CO r CO2-Gehalt im Abgas an.automatic slide valve actuated. When a CO r CO 2 content in the exhaust gas.

Versuch Nr. 5 6Experiment No. 5 6

1010

»/ο C »/ Ο C

0/o CO2 0 / o CO 2

% CO % CO

°/ο CO2: CO + CO2 ° / ο CO 2 : CO + CO 2

3,273.27 3,813.81 2,082.08 7,37.3 8,48.4 10,110.1 15,815.8 16,116.1 15,115.1 31,531.5 34,334.3 40,140.1

1,79 9,6 Π,71.79 9.6 Π, 7

45,045.0

1,60 9,51.60 9.5

11,011.0

46,546.5

1,141.14 0,940.94 0,720.72 0,570.57 0,450.45 10,310.3 9,79.7 10,710.7 6,56.5 13,713.7 10,010.0 10,510.5 9,19.1 4,74.7 4,34.3 50,750.7 48,048.0 54,354.3 58,058.0 76,276.2

0,41 13,60.41 13.6

2,4
85,0
2.4
85.0

Wenn der Kohlenstoffgehalt unter etwa 0,5 °/o ge- ίο halten wird, steigt das Verhältnis von CO2: CO stark an mit der Folge, daß beträchtliche Wärme erzeugt werden kann. Wenn also die Abgasauslaßtemperatur praktisch konstant gehalten wird, ergibt sich zwangläufig ein Anstieg in der fühlbaren Wärme der Katalysatorteilchen, was zu einem größeren Wärmeeingang bei einer konstanten Katalysatorumlaufgeschwindigkeit führt. Oberhalb etwa 0,5 % ist die Veränderung in der Kohlendioxyderzeugung ziemlich konstant, und zwar nimmt letztere ab, wenn der Kohlenstoffgehalt ansteigt, oder umgekehrt.If the carbon content is kept below about 0.5%, the ratio of CO 2 : CO rises sharply with the result that considerable heat can be generated. So if the exhaust gas outlet temperature is kept practically constant, there is inevitably an increase in the sensible heat of the catalyst particles, which leads to a greater heat input at a constant catalyst circulation rate. Above about 0.5% the change in carbon dioxide production is fairly constant, the latter decreasing as the carbon content increases, or vice versa.

Bei der Durchführung der Kontrollen können kontinuierlich oder intermittierend Kohlenstoffgehaltmessungen und eine Steuerung des Kohlenstoffgehaltes entsprechend solchen Messungen erfolgen. Mit anderen Worten, wo die Kreislaufgeschwindigkeit des Katalysators auf einer praktisch großen Höhe gehalten wird und es erwünscht ist, die Temperatur in der Reaktionszone zu steigern, ohne die Katalysatorkreislaufgeschwindigkeit weiter zu steigern, kann der luft- oder sauerstoffhaltige Strom zum Regenerator so eingestellt werden, daß zeitweilig eine größere Kohlenstoffmenge vergast und ein niedrigerer Kohlenstoffgehalt auf den regenerierten Katalysatorteilchen erzielt und zusätzlich eine größere Verbrennung von CO zu CO2 bewirkt wird. Diese Verstellung kann eine veränderliche Modifizierung in der Lufteinführung verlangen, insofern, als ein zeitweiliger wesentlicher Anstieg im Sauerstoffbedarf vorhanden sein kann, während eine kontinuierlich nur schwach erhöhte Menge Sauerstoff die erhöhte Umwandlung von CO zu CO2 aufrechterhält. Anders ausgedrückt: Nachdem die Regenerierung einmal abgewichen ist, um eine größere CO2-Produktion zu liefern, kann die Luft so eingestellt werden, daß sich eine stöchiometrische und praktisch konstante Kohlenstoffvergasung mit den gewünschten Werten an Restkohlenstoff und CO2-Bindungen ergibt. Wo weniger Wärmeeinführung in die Reaktionszone erwünscht ist, kann die Regenerierstufe so gesteuert werden, daß der Kohlenstoffgehalt etwas oberhalb desjenigen liegt, der geherrscht hatte. Mit anderen Worten: Die Einführung von Luft oder Sauerstoff zur Regenerierzone wird vermindert, um eine geringere Kohlendioxyderzeugung und eine gesteigerte Kohlenmonoxyderzeugung zu gestatten, während sich gleichzeitig ein höherer Kohlenstoffgehalt auf den regenerierten Katalysatorteilchen ergibt.When carrying out the controls, carbon content measurements can be carried out continuously or intermittently, and the carbon content can be controlled in accordance with such measurements. In other words, where the catalyst cycle rate is maintained at a practically high level and it is desirable to increase the temperature in the reaction zone without further increasing the catalyst cycle rate, the air or oxygen-containing flow to the regenerator can be adjusted so that temporarily a larger amount of carbon is gasified and a lower carbon content is achieved on the regenerated catalyst particles and, in addition, a greater combustion of CO to CO 2 is effected. This adjustment may require a variable modification in the air introduction insofar as there may be a temporary substantial increase in the oxygen demand, while a continuously only slightly increased amount of oxygen maintains the increased conversion of CO to CO 2 . In other words: once the regeneration has deviated in order to provide a greater CO 2 production, the air can be adjusted in such a way that a stoichiometric and practically constant carbon gasification with the desired values of residual carbon and CO 2 bonds results. Where less heat introduction into the reaction zone is desired, the regeneration stage can be controlled so that the carbon content is somewhat above that which prevailed. In other words, the introduction of air or oxygen to the regeneration zone is reduced to allow less carbon dioxide production and increased carbon monoxy production while at the same time increasing the carbon content on the regenerated catalyst particles.

Bei einem kontinuierlich arbeitenden System können die Kohlenstoffmengen an Hand von konti-In a continuously operating system, the amounts of carbon can be determined using

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Steuerung der Erzeugung von Wasserstoff durch katalytisches Kracken eines Kohlenwasserstoffbeschickungsstromes in einem mit nur zwei Umsetzungszonen unter Ausschluß einer Koksentnahme aus dem Verfahren arbeitenden System, bei dem die endotherme Wärme der Umwandlung des Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff und Kohlenstoff bei einer Temperatur oberhalb 650° C von einer Katalysatorregenerierzone zur Reaktionszone mittels eines Stromes erhitzter Katalysatorteilchen geführt wird, die karbonisierten Katalysatorteilchen aus der Reaktionszone zu der Regenerierzone geleitet und darin durch Verbrennung von Kohlenstoff in sauerstoffhaltigem Gas wieder erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während der unvollständigen Verbrennung des Kohlenstoffes aus den Katalysatorteilchen und während der Zufuhr erhitzter kohlenstoffhaltiger Katalysatorteilchen mit praktisch konstanter Fließgeschwindigkeit zu der Reaktionszone die Sauerstoffzufuhr zur Regenerierzone durch Mengenregulierung gesteigert oder herabgesetzt wird.1. Method of controlling the production of hydrogen by catalytic cracking of a Hydrocarbon feed stream in one with only two exclusion zones a coke extraction from the process operating system in which the endothermic heat the conversion of the hydrocarbon to hydrogen and carbon at one temperature above 650 ° C from a catalyst regeneration zone to the reaction zone by means of a Is conducted stream of heated catalyst particles, the carbonized catalyst particles the reaction zone passed to the regeneration zone and therein by combustion of carbon in oxygen-containing gas are reheated, characterized in that during the incomplete combustion of the carbon from the catalyst particles and during the supply of heated carbonaceous catalyst particles at a practically constant flow rate to the reaction zone the oxygen supply to the regeneration zone by regulating the amount is increased or decreased. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kohlenstoffgehalt im Bereich von 1 bis 8°/o auf den erhitzten Katalysatorteilchen, die von der Regenerationszone zur Reaktionszone gehen, während der Zufuhr einer normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffbeschikkung zur Reaktionszone aufrechterhalten wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a carbon content in the range from 1 to 8% on the heated catalyst particles passing from the regeneration zone to the reaction zone go while feeding a normally gaseous hydrocarbon feed to the reaction zone is maintained. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg oder die Verminderung der Sauerstoffzufuhr zu der Regenerationszone mit Hilfe der Messung des damit verbundenen Ansteigens oder Abfallens des Volumenverhältnisses von CO2: CO + CO9 in dem Abgas, das aus der Regenerationszone abgezogen wird, reguliert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the increase or decrease in the oxygen supply to the regeneration zone with the help of the measurement of the associated increase or decrease in the volume ratio of CO 2 : CO + CO 9 in the exhaust gas from the Regeneration zone is withdrawn, is regulated. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg oder Abfall in der Sauerstoffzufuhr zur Regenerationszone mit Hilfe der Messung des damit verbundenen Anstiegs oder Abfalls der Kohlenstoffmenge, die in dem regenerierten Katalysator enthalten ist, reguliert wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the increase or decrease in the oxygen supply to the regeneration zone with the help of the measurement of the associated increase or a decrease in the amount of carbon contained in the regenerated catalyst will. nuierlich
werden.
of course
will.
arbeitenden Probenahmegeräten gemacht In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 883 751;
USA.-Patentschriften Nr. 2 690 963, 2 805 177.
working sampling devices.
British Patent No. 883,751;
U.S. Patent Nos. 2,690,963, 2,805,177.
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 206 403.
Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1 206 403.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 709 710/566 12 67709 710/566 12 67 Bundesdruckerei BerlinBundesdruckerei Berlin
DEU8642A 1961-01-26 1962-01-23 Process for controlling the production of hydrogen by catalytic cracking of a hydrocarbon feed stream Pending DE1257120B (en)

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GB883751A (en) * 1959-01-12 1961-12-06 Exxon Research Engineering Co A continuous process for the thermal decomposition of a gaseous or vaporous hydrocarbon to coke and hydrogen

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ES274043A1 (en) 1962-06-01
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