DE1417700C - Verfahren zur Verwendung der aus einer Regenerationszone in einem kataly tischen Crackverfahren gewonnenen brenn baren Abgase - Google Patents

Description

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Bei der Regenerierung des Katalysators eines kata- peltene Abgasturbine zugeleitet und in dieser Turbine lytischen Wirbelbett-Crackverfahrens werden be- bis zu einem geringeren Druck entspannt werden und trächtliche Energiemengen frei. im Kompressor das Regenerierungsgas auf einen aus-Bei einem Regenerierungssystem mit verhältnis- reichenden Druck komprimiert wird und darauf diemäßig dichtem Katalysatorwirbelbett, wie bei einem 5 ses in die Regenerierungszone geleitet wird, das da-Wirbelbettsystem, das bei einer Temperatur von etwa durch gekennzeichnet ist, daß entspannte Abgase mit 620° C betrieben wird und von dem verhältnismäßig erhöhter Temperatur von der Turbine abgezogen heiße Abgase mit einer Temperatur von etwa 575° C werden, das in den entspannten Abgasen enthaltene und einem Druck von etwa 1,3 atü abgezogen wer- Kohlenmonoxyd verbrannt wird, mit den so aufden, kann der Wärmeinhalt der Abgase, beispiels- io geheizten Abgasen Dampf erzeugt und dieser Dampf, weise etwa 39 kcal/kg, durch Entspannung über eine durch eine mechanisch mit dem Kompressor gekupeinfache Turbinenvorrichtung in nutzbare Energie pelte Dampfturbine geleitet wird, umgewandelt werden. Wenn eine Turbinen-Kompres- Die Energiegewinnung steigt zunächst mit zunehsor-Kombination einem katalytischen Wirbelbett- mendem Druck, und vorzugsweise wird in der Re-Cracksystem angepaßt wird, so wird der Regenerator 15 generationszone ein möglichst hoher Druck anals eine Verbrennungskammer verwendet, aus der gewandt, da dann die in der Dampfturbine zu erzeuheiße Abgase mit erhöhter Temperatur und erhöhtem gende Zusatzenergie verhältnismäßig gering ist. Druck gewonnen und in der Turbine entspannt wer- In dem hier beschriebenen System liegt die Kohlenden, wobei der größte Teil der Energie zum Betreiben Stoff abbrennkapazität des Regenerators in der Größendes Luftkompressors verwendet wird. Wenn dagegen 20 Ordnung von etwa 22 700 kg/Std., wobei dem Regeneein Regenerationssystem mit Katalysatorwirbelbett rator große Volumina Regenerationsgas oder Luft in verwendet wird, so stehen die bei erhöhter Tempe- der Größenordnung von etwa 4205 m³/Min. zugeführt ratur gewonnenen Abgase unter geringerem Druck, werden müssen. Für das vorliegende Verfahren wird weil in dem Katalysatorwirbelbett ein Druckabfall er- vorzugsweise ein Abgas von verhältnismäßig niedriger folgt und der Druck bei der Abtrennung der Abgase 25 Temperatur verwendet, das darum erwünscht ist, weil von mitgerissenen Feststoffteilchen noch weiter ab- damit die Notwendigkeit der Verwendung teurer sinkt. Auch in dem Rohrleitungssystem, das erforder- Legierungen für das Abgasgewinnungssystem und die lieh ist, um die heißen Abgase einer Abscheidevor- Turbinenschaufeln in der Abgasturbine entfällt, richtung zur Abtrennung mitgerissener Feinteilchen Außerdem wird vorzugsweise ein Parallelsystem verzuzuleiten, erfolgt ein Druckabfall, so daß der am 30 wendet, das die erwünschte Sicherheit bietet für den Einlaß der Turbine herrschende Druck geringer ist als Fall, daß eine der Entspannungsturbinen ausfällt und der Auslaßdruck des Kompressors. Unter diesen Be- abgeschaltet werden muß und die Regenerierung mit dingungen kann durch Entspannen der Abgase in der verminderter Kapazität mit der verbleibenden Tur-Turbine nicht die Energie gewonnen werden, die er- binen-Kompressor-Anordnung betrieben werden muß, forderlich ist, um den Kompressor zu betreiben. 35 bis der Defekt behoben ist.

Aus der schweizerischen Patentschrift 235 114 ist In dem hier beschriebenen System wird Luft auf eine Gasturbinenanlage bekannt, bei der die Abgase einen Druck von etwa 1,75 bis etwa 4,55 atü, vorder Gasturbine zur Erzeugung von Wasserdampf ge- zugsweise etwa 3,0 atü, komprimiert, wobei die Temnutzt werden und dieser Wasserdampf zum Betrieb peratur der komprimierten Luft in den Bereich von einer Gasturbine verwendet wird. Aus der USA.- 40 etwa 79 bis zu etwa 290° C erhöht wird und die der-Patentschrift 2 167 698 ist die Verwendung von art erwärmte und komprimierte Luft mit oder ohne heißem Katalysatorregenerationsabgas . zur Dampf- Verwendung von Vorwärmern für die Regenerationserzeugung in der katalytischen Zone und der Rest- luft direkt dem Luftverteilungsring in der Regeneenergie des dabei abgekühlten Abgases zum Betreiben rationskammer zugeleitet werden kann. In dem Reeiner Turbine bekannt. Bei dem Verfahren dieser 45 generator wird die komprimierte Luft durch Abbren-USA.-Patentschrift erfolgen Cracken und Katalysator- nen der während der Kohlenwasserstoffumwandlung regeneration in der gleichen Zone, die unter einem auf dem Katalysator abgeschiedenen kohligen Abziemlich hohen Druck von etwa 2,8 at steht, lagerungen auf eine Temperatur über etwa 538° C, Aufgabe der Erfindung ist eine möglichst weit- gewöhnlich in dem Bereich von etwa 538 bis 648° C, gehende Ausnutzung der in den unter verhältnis- 50 erhitzt. Durch die Regenerierung wird die Aktivität mäßig niedrigem Druck anfallenden Abgasen der des Katalysators so weit wiederhergestellt, daß er in Regenerationszone eines Wirbelbettcrackverfahrens die Kohlenwasserstoffumwandlungszone des katalymit eigener Regenerationszone enthaltenen Wärme- tischen Crackverfahrens zurückgeführt und wieder energie und insbesondere die Ausnutzung der in die- darin verwendet werden kann. Die Verbrennungsprosen Gasen nach Entspannen in einer Turbine noch 55 dukte oder heißen Abgase, die CO und CO₂ und die enthaltenen Wärmeenergie zur Erzeugung von Dampf, Feststoffteilchen, die nicht durch die Zyklonabscheider dann über eine Dampfturbine einen Teil der für der innerhalb des Regenerators abgetrennt wurden, den Luftkompressor benötigten Energie liefert. enthalten, werden von dem Regenerator abgezogen, in Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur wenigstens zwei Ströme von im wesentlichen gleichem Verwendung der aus einer Regenerationszone in 60 Volumen unterteilt, und diese werden abgetrennt mit einem katalytischen Crack verfahren gewonnenen einer erhöhten Temperatur unter etwa 648⁰C und brennbaren Abgase für die Zufuhr von Regenera- erhöhtem Druck durch weitere Abscheider geleitet, tionsgascn zu dem Wirbelbett einer eigenen Regene- um weitere mitgerissene Feinteilchen abzutrennen, rationszonc, wobei Abgase von erhöhter Temperatur bis der gewünschte geringe Gehalt an Feinteilchen ervon einer Regenerationszone gewonnen, mitgerissene 65 zielt ist. Mit den für die letzte Stufe der Feinteilchen-Feinteiklien von den gewonnenen Abgasen ab- abtrennung von den Abgasen verwendeten Abscheigetrennt, die Abgase nach Abtrennung der Feinteil- dem wird die Konzentration an mitgerissenen Feinclicn einer mechanisch mit einem Kompressor gekup- teilchen auf unter etwa 30 ppm und wenigstens in den

Bereich von etwa 15 bis etwa 30 ppm oder unter etwa und durch das Standrohr 18 in den unteren Teil eines 0,115 g/m³ gesenkt. Danach wird das heiße Abgas dichten Katalysatorwirbelbettes 20 in der unter der teilweise gekühlt, indem man direkt ein geeignetes Abstreifzone des Reaktors befindlichen Regenerations-Kühlmedium, wie Dampf oder Wasser, einleitet, so zone 22 geleitet. In Flucht mit dem unteren offenen daß es eine Tempeiatur annimmt, mit der es in die 5 Ende des Standrohres 18 ist ein Stöpselventil 24 an-Entspannungsturbine eingeleitet werden kann. Eines geordnet, durch das die Geschwindigkeit, mit der der der Merkmale des Verfahrens der Erfindung ist die Katalysator aus dem Rohr austritt, gesteuert werden Steuerung der Temperatur in der Entspannungs- kann. In der Regenerationszone wird der verunreiturbine, da diese Temperatur bestimmend ist für die nigte Katalysator durch Abbrennen der kohligen Ab-Wahl der Metalle, die für die Herstellung der Turbine io Scheidungen mit Luft, die über Verteilungsringe 24 verwendet werden. Bei höheren Temperaturen müs- und 26 dem unteren Teil des dichten Katalysatorwirsen teurere Legierungen verwendet werden, wodurch belbettes 20 zugeleitet wird, erhitzt. In dem beschriesich die Kosten der Turbine erhöhen. Um diese benen Beispiel erfolgt die Regenerierung des Kata-Kosten zu vermeiden, werden die Abgase auf eine lysators bei einer Temperatur von etwa 620°Gund Temperatur gekühlt, die eine verhältnismäßig lange 15 einem Druck über dem Katalysatorbett von etwa Verwendbarkeitsdauer der Turbinenschaufeln ge- 1,3 atü, wodurch der Katalysator erhitzt wird. Abgase währleistet. Die derart gekühlten Abgase, die nur oder Verbrennungsprodukte werden von oberhalb des noch eine verhältnismäßig geringe Menge an Fest- dichten Katalysatorbettes gewonnen und durch Zystoffeinteilchen enthalten, durch die die Turbinen- klonabscheider 28 und 30 mit Eintauchrohren 32 schaufeln nicht wesentlich beschädigt werden, kön- 20 bzw. 34 abgezogenen den Zyklonabscheidern 28 und nen dann in die Turbine geleitet und auf einem Druck 30 werden mitgerissene Katalysatorfeinteilchen von in dem Bereich von etwa 0,35 bis etwa 0 atü, Vorzugs- dem Abgas abgetrennt und durch die Eintauchrohre weise etwa 0,07 atü, und eine Temperatur in dem Be- 32 bzw. 34 in das dichte Katalysatorbett 20 zurückreich von etwa 370 und etwa 482° C, vorzugsweise geleitet, während die Abgase durch Leitung 36 aus etwa 426⁰C, entspannt werden. Die dabei verwen- 25 der Regenerationskammer abgezogen werden. Der dete Turbine erzeugt bei den hier angegebenen Be- regenerierte Katalysator wird in ringförmigem Strom dingungen den größten Teil, d. h. bis zu 80 bis 90%, aus dem dichten Katalysatorbett 20 in einen von der der zum Betreiben des Kompressors oder Luft- Wand 38 begrenzten zylindrischen Schacht abgezogen gebläses bei der gegebenen Kapazität erforderlichen und dem Einlaß des Lifts 40 zugeführt. In Flucht mit Energie. 30 dem unteren offenen Ende des Lifts 40 ist ein Stöp-

In dem hier beschriebenen System werden die von selventil 42 mit hohlem Schaft angeordnet, durch das

jeder Entspannungsturbine mit einer Temperatur umzusetzender Kohlenwasserstoff und gasförmiges

unter etwa 538° C abgezogenen entspannten Abgase Dispersionsmaterial, wie Dampf, eingeleitet wird, um

mit etwa vorhandenen, nicht durch die Turbinen ge- sich mit dem regenerierten Katalysator zu vermischen,

leiteten überschüssigen Abgasen vereinigt, und die 35 und das Gemisch wird dann durch den Lift 40 in den

vereinigten Gase werden einer geeigneten, bei niedri- unteren Teil des dichten Katalysatorbettes 4 in der

gem Druck betriebenen Dampferzeugungszone züge- Reaktionszone 2 geleitet. Durch die Leitungen 44

führt, in der das in dem Abgas in einer Menge von und 46 wird Auflockerungsdampf in den Boden des

etwa 3 bis etwa 9 Volumprozent enthaltene, nicht durch die Wand 38 begrenzten Schachtes eingeleitet,

verbrannte CO verbrannt wird, so daß die Abgase 4» Im unteren Teil der Regenerationszone ist ein Ver-

wieder auf eine Temperatur von etwa 760° C erhitzt teilergitter 48 angeordnet, das hauptsächlich dem

und dann zur Dampferzeugung verwendet werden. Zweck dient, Regenerationsgase gleichmäßig über die

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Bodenquerschnittsfläche des Katalysatorbettes 20 zu Zeichnung, die als Beispiel eine bevorzugte Folge von verteilen. Im unteren Teil der Reaktionszone ist Verfahrensstufen gemäß der Erfindung in ihrer An- 45 ebenfalls ein Verteilergitter 50 angeordnet, das der Wendung bei einem katalytischen Kohlenwasserstoff- Verteilung von umzusetzendem Kohlenwasserstoff crackverfahren schematisch darstellt, näher erläutert und Katalysator über den Bodenquerschnitt des Betwerden, tes 4 dient. Die über Leitung 36 mit einer Tempera-

Der dargestellte Behälter weist oben eine Reak- tür von etwa 575° C und einem Druck von etwa tionskammer 2 mit einem verhältnismäßig dichten 50 1,19 atü von der Regenerierungszone abgezogenen Katalysatorwirbelbett 4 mit einem oberen Niveau 6 Abgase enthalten feinverteilten Katalysator, der nicht auf, in dem die Umwandlung von Kohlenwasserstof- vollständig von dem in dem Regenerator angeordfen zu gewünschten Produkten bei einer erwünscht neten Zyklonabscheidern abgetrennt wurde. Das hohen Temperatur und erhöhtem Druck bewirkt wird. heißt, in den Abgasen sind Feinteilchen in einer Während der Umwandlung der Kohlenwasserstoff- 55 Menge in der Größenordnung von 6000 ppm enthalbeschickung wird der Katalysator mit Reaktionspro- . ten, und diese Menge muß beträchtlich herabgesetzt dukten und kohligen Abscheidungen verunreinigt. werden, um zu verhindern, daß die Schaufeln der Der derart verunreinigte Katalysator wird von dem weiter unten beschriebenen Abgasentspannungsturbine dichten Katalysatorwirbelbett 4 abgezogen und durch zu stark korrodiert werden. Deshalb wird der Abgasden Durchtritt 8 in der Prallwand 10, die neben der 60 strom in Leitung 36 in zwei praktisch gleiche Ströme Reaktionszone eine eigene Abstreifzone mit einem unterteilt, und diese werden parallel durch die Leitun-Katalysatorbett 12 begrenzt, geführt. In der Abstreif- gen 52 und 54 den Zonen 56 und 58 zugeleitet, wo zone wird der Katalysator mit einem geeigneten Ab- weitere Feinteilchen abgetrennt werden. In den Feinstreifgas, das' durch die Verteilervorrichtung 14 mit teilchentrennzonen 56 und 58 wird die Konzentrader Zuleitung 16 in den unteren Teil des Katalysator- 65 tion an Feinteilchen in dem Abgas auf etwa 30 ppm bettes 12 geleitet wird, von absorbierten Kohlenwas- und vorzugsweise in den Bereich von etwa 15 bis serstofren und Reaktionsprodukten befreit und von 30 ppm herabgesetzt, d. h. bis zu einem Wert, bei der Nähe des Bodens der Abstreifzone abgezogen dem keine zu starke Erosion der weiter unten be-

schriebenen Turbinenschaufeln erfolgt. Die aus jeder der Zonen 56 und 58 abgezogenen Abgase, die eine Temperatur von etwa 563° C bis etwa 575° C und einen Druck von etwa 1,05 atü aufweisen, werden dann durch die Leitungen 60 und 62 den Gasentspannungsturbinen T₂ bzw. T₃ zugeleitet. Durch die Leitungen 64 und 66 kann ein Kühlmedium direkt in die aus den Feinteilchenabtrennzonen ausgetretenen Abgase eingeleitet werden, um ihre Temperatur so weit herabzusetzen, daß sie in die Turbinen T₂ und T₃ eingeleitet werden können. Die größte Teil der Abgase in den Leitungen 60 und 62, der auf eine Temperatur von etwa 563° C gekühlt ist und unter einem Druck von etwa 0,98 atü steht, wird dann in den Abgasturbinen T₂ und T₃ entspannt, wobei der größte Teil der zum Betrieb der Kompressoren C₁ und C₂, die direkt mit den Abgasentspannungsturbinen verbunden sind, erforderlichen Energie gewonnen wird. Die entspannten Abgase werden dann durch Leitung 68 aus der Turbine T₂ und durch 'Leitung 70 aus der Turbine T₃ abgezogen und vereinigt durch Leitung 72 dem CO-Verbrennungserhitzer 74 zugeleitet. Ein Teil der heißen Abgase in den Leitungen 60 und 62 kann durch die Leitungen 76 und 78 mit geeigneten Ventilen abgezogen werden, bevor sie in die betreffenden Entspannungsturbinen eintreten, und die so abgezogenen heißen Abgase können wieder mit-den entspannten Abgasen in der Leitung 72 vereinigt werden. Die entspannten Abgase in Leitung 72, die eine Temperatur von etwa 474° C haben und unter einem Druck von etwa 1,13 atü stehen, werden dann einem Wärmegewinnungsboiler zugeleitet, in dem das in dem Abgas enthaltene Kohlenmonoxyd unter Erzeugung von Dampf, der in dem Verfahren benötigt wird, verbrannt wird. In den CO-Boiler wird durch Leitung 80 Wasser eingeleitet und durch Leitung 82 als Dampf daraus abgezogen, um in dem System, wie weiter unten beschrieben, verwendet zu werden. Durch die Entspannung der heißen Abgase in den Turbinen T, und T₃ wird der Hauptteil der zum Betrieb der direkt damit verbundenen Kompressoren erforderlichen Energie erzeugt. Durch Leitung 84 wird Luft nach Durchtritt durch ein Filter F₁ in den Kompressor C₁ geleitet, wo sie auf einen Druck von etwa 3,01 atü komprimiert wird und eine Temperatur von etwa 185° C annimmt. Die derart komprimierte Luft wird durch Leitung 86 aus dem Kompressor C₁ abgezogen und dem Verteilerring 26 zugeleitet. In gleicher Weise wird atmosphärische Luft durch das Filter F₂ und Leitung 88 in den Kompressor C₂ geleitet und dort ebenfalls bis zu einem Druck von 3,01 atü und einer Temperatur von etwa 185° C komprimiert, bei erhöhter Temperatur durch Leitung 90 abgezogen und dem Luftverteilungsring 24 zugeleitet. Wie oben erwähnt, ist zufolge des Druckabfalls in dem Katalysatorwirbelbett in der Regenerationskammer, dem Feinteilchenabtrennsystem und dem Rohrleitungssystem der Druck der in die Turbinen T₀ und T₃ eingeleiteten Abgase niedriger als der Druck der aus den Kompressoren C₁ und C₂ austretenden Gase. Um die zum Betrieb der Kompressoren C₁ und C_n außer der von den Turbinen T₂ und T₃ gelieferten noch erforderliche Energie zu erzeugen, sind Dampfturbinen T₁ und T₄ direkt mit den Kompressoren C₁ bzw. C₂ verbunden. Der in dem CO-Boiler 74 erzeugte und durch Leitung 82 abgezogene Dampf wird in zwei Ströme aufgeteilt und durch die Leitungen 92 bzw. 94 den Dampfturbinen T₁ bzw. T₄ zugeleitet, und entspannter Dampf wird durch Leitung 96 von der Turbine T₁ und durch Leitung 98 von der Turbine T₄ abgezogen. Bei dieser Parallelanordnung bei der Verwendung von Abgas zum Betreiben geeigneter Abgasentspannungsturbinen, die direkt mit geeigneten Kompressoren verbunden sind, wird eine Menge an komprimier-. ter Luft erzeugt, die für die Koksabbrennungskapazität des Regenerators, die etwa 22700 kg/Std. beträgt, ausreicht.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verwendung der aus einer Regenerationszone in einem katalytischen Crackverfahren gewonnenen brennbaren Abgase für die Zufuhr von Regenerationsgasen zu dem Wirbelbett einer eigenen Regenerationszone, wobei Abgase von erhöhter Temperatur von einer Regenerationszone gewonnen, mitgerissene Feinteilchen von den gewonnenen Abgasen abgetrennt, die Abgase nach Abtrennung der Feinteilchen einer mechanisch mit einem Kompressor gekuppelten Abgasturbine zugeleitet und in dieser Turbine bis zu einem geringeren Druck entspannt werden und im Kompressor das Regenerierungsgas auf einen ausreichenden Druck komprimiert wird und darauf dieses in die Regenerierungszone geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß entspannte Abgase mit erhöhter Temperatur von der Turbine abgezogen werden, das in den entspannten Abgasen enthaltene Kohlenmonoxyd verbrannt wird, mit den so aufgeheizten Abgasen Dampf erzeugt und dieser Dampf durch eine mechanisch mit dem Kompressor gekuppelte Dampfturbine geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase durch direktes Einleiten eines Kühlmediums vor dem Einleiten in die Abgasturbine gekühlt werden, wobei der Druck dieser Gase niedriger ist als der Druck, mit dem das Regenerationsgas der Regenerierungszone zugeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entspannten Abgase aus der Turbine mit einem Teil der von Feinteilchen befreiten, jedoch nicht in der Turbine verwendeten Abgase vereinigt werden, bevor diese vereinigten Abgase verbrannt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase mit einer Temperatur über etwa 538° C von der Regenerationszone und die entspannten Abgase mit einer Temperatur unter etwa 538° C von der Gasturbine abgezogen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase in wenigstens zwei Ströme aufgeteilt werden und von jedem Teil für sich Feinteilchen entfernt werden und daß jeder Teil für sich durch eine entsprechende mit Kompressoren verbundene Gasturbine geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die entspannten Abgase aus den entsprechenden Turbinen vereinigt und in einem Dampferzeuger verbrannt werden und daß der so erzeugte Dampf zum Betreiben von mit jedem Kompressor verbundenen Dampfturbinen verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurcli gekennzeiciinet, daß die Regenerationszone ein Wirbelbett von fein verteiltem Material enthält und bei einem erhöhten Druck über etwa 0,7 atü gehalten wird.

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