DE1936107B2 - Fliessbett-crackvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Fließbett-Crackvorrichtung mit einem seitlichen senkrechten Zufuhrleitungs-Crackreaktor sowie ein Verfahren zum katalytischen Cracken unter Einsatz der erfindungsgemäßen Fließbett-Crackvorrichtung.

Es ist bekannt, zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen den Katalysator im Fließbett-Verfahren einzusetzen; hierbei wird der gepulverte Katalysator mit dem erhitzten verdampften öligen Einsatzmaterial vermischt bzw. in dem öl suspendiert. Diese Mischung wird dann in ein Reaktionsgefäß oder in eine Reaktionssäule eingeleitet, wo die Geschwindigkeit der nach oben strömenden Katalysatorteilchen gegenüber den ansteigenden öldämpfen abnimmt. Die Katalysatorteilchen bleiben gegenüber den Dämpfen zurück, bewegen sich aber immer noch weiter nach oben durch das Reaktionsgefäß. Hierdurch wird ein wirksames hohes Verhältnis von Katalysator zu öl im Reaktionsgefäß erreicht, so daß das Zufuhrverhältnis von Katalysator zu öl niedrig bleibt. Die Mischung aus Katalysator und Dämpfen des Einsatzmaterials wird dann in einen Zyklon oder eine andere Trennvorrichtung eingeleitet, um den Katalysator von dem Dampf zu trennen und ihn anschließend in einer Aufbereitungsstation zu regenerieren und danach wieder im Kreislauf mit neuem Kohlenwasserstoff zu vermischen.

Anstelle einer Suspension von gepulvertem Katalysator im Kohlenwasserstoffdampf werden neuerdings Fließbett-Verfahren mit einem dichten Bett des Katalysators verwendet, bei dem man z. B. den Katalysator mit einem Belüftungsgas vermischt und diese Mischung mit großer Geschwindigkeit in ein dichtes fluides Bett des Katalysators in dem Reaktionsgefäß einspritzt. Das Katalysatorbett wird in fließfähigem Zustand gehalten, indem man das fluidisierte Gas am Boden des Reaktionsgefäßes einspritzt. Das Einsatzmaterial wird direkt in dieses Fließbett geleitet und dort zu dem gewünschten Produkt umgewandelt. Das Produkt wird dann über Kopf als Dampfphase abgezogen, während der Katalysator konstant von dem Fließbett entfernt und in einer Aufbereitungszone regeneriert und umgewälzt wird. Der regenerierte Katalysator wird dann wieder wie vorher bei Beginn des Verfahrens eingesetzt.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird ein Reaktor mit einer Zuführleitung oder Vormischkammer verwendet, in der der fein verteilte Katalysator mit dem verdampften Einsatzmaterial gemischt und durch eine verlängerte Reaktionszone mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 bis 22 m/sec geleitet wird. Die Suspension enthält soviel Katalysator, daß das Verhältnis der Volumengewichte von Einsatzmaterial je Stunde zu Katalysator-Rückhaltung (gleich Gewicht des in der Reaktionszone vorhandenen Katalysators) etwa 20 :1 bis 3:1 beträgt, so daß das Gewichtsverhältnis des strömenden Katalysators zum strömenden Einsatzmaterial etwa 4 :1 bis 20 : 1 beträgt. Ferner ist vorgesehen, daß das flüssige, im Kreislauf umgewälzte Einsatzmaterial vor der Umsetzung in der Zufuhrleitung eingesetzt wird. Das umgewälzte und wieder zurückgeführte Material wird verdampft, so daß die effektive Umwandlung des frischen Einsatzmaterials bei einer vorgegebenen Länge und einem vorgegebenen Durchmesser der Zufuhrleitung ansteigt. Die Katalysatorsuspension wird dann in einen Behälter geleitet, wo die Dämpfe und das flüssige Material sich durch diesen Behälter nach oben bewegen und die Katalysatorteilchen nach unten fallen. Es ist ein Katalysator-Trennabschnitt vorgesehen, wo das kohlenwasserstoffhaltige Material von der Oberfläche des Katalysators durch Reaktion mit einem nach oben gerichteten Dampfstrom befreit wird, der entgegengesetzt zu den nach unten strömenden Katalysatorteilchen strömt. Die Katalysatorteilchen werden dann aus dem Katalysatorbehälter ausgetragen, regeneriert und wieder im Kreislauf zugeführt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahren besteht in der übermäßigen Erosion im Zuführungssystem. Eine andere Schwierigkeit ergibt sich durch cl;n Homogenitätsverlust zwischen suspendiertem Katalysator und dem verdampften Einsatzmaterial; die Suspension aus Gas und Feststoffen trennt sich auf und läßt sich in der Zuführleitung nicht mehr zu einer homogenen Mischung vereinigen. Die Erosion und die Auftrennung von Katalysatorteilchen und Dampf sind besonders schwerwiegend, wenn die Zufuhrsteigleitung lange iu Krümmungsbogen unterhalb der Einspritzstelle für den Dampf besitzt.

Mit der Erfindung sollen die Nachteile der Erosion und der Auftrennung der Katalysatorteilchen aus der Suspension im Dampf beseitigt werden. Ür-erraschenderweise wurde festgestellt, daß die Verwendung von rechtwinkligen scharfen Knicken in der Zufuhrsteigleilung unterhalb der Einspritzstelle für das Einsatzmaterial eine unerwartet niedrige Erosion in der Steigkammer oder in der Steigleitung ergibt und eine homogenere Durchmischung des Einsatzmaterials und des Katalysators als bisher ermöglichen. Die rechtwinkligen scharfen Abbiegungen unterhalb des Einspritzpunktes ergeben ferner die folgenden Vorteile:

1. die Ausgangskontaktzone in der geraden Zufuhrleitung wird vergrößert,

2. die Vermischung von Gas und Feststoff in der Steigkammer wird verbessert,

3. das FlieBverhalten von Gas/Feststoff im Reaktionsgefäß wird verbessert,

4. ein Verstopfen der Reaktorgitter findet nicht statt,

5. in der Abstreifzone des Reaktors wird eine Störung mit den Gas/Feststoff-Kontaktoren verringert und die Isolierung der Kohlenwasserstoffe in dem Abstreifgefäß verbessert,

6. die Erosion in dem Steiggefäß wird verringert.

7. Leitbleche oder Drehflügel sind in der Steigleitung für das Einsatzrnateria! nicht erforderlich.

Dementsprechend wird eine Fließbett-Crackvorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung einen verlängerten, im wesentlichen senkrechten Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor besitzt, der Einlasse für das flüssige Einsatzmciterial und Zufuhröffnungen für die Zufuhr des Katalysators besitzt und Austrittsöffnungen aufweist, und daß neben dem Zufuhrsteigleitungsreaktor ein Fließbett-Crackreaktor vorgesehen ist und eine Leitung, welche die Austrittsseite des Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktors mit der Eingangsseite des Reaktorgefäßes verbindet, und daß diese Leitung so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie eine scharfwinklige Biegung von mindestens 90° gegenüber der senkrechten Achse des Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktors bildet.

Es kann angenommen werden, daß die Berührung in dem Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor (im folgenden der Einfachheit halber nur als Zufuhrsteigleitung oder Steigkammer bezeichnet) gemäß Erfindung dadurch verbessert wird, daß die Feststoffe in dem Dampf an den rechtwinkligen Knicken angehalten bzw. gebremst werden und sich dann nach dem Knick wieder mit der i«j Dampfphase in einer turbulenten Mischzone vermischen. Hierdurch ergeben sich hohe Gleitgeschwindigkeiten zwischen Dampf und Feststoff, was eine sehr viel bessere Berührung ermöglicht.

Das Anhalten der Feststoffe in dem im wesentlichen <.s rechtwinklig abgehenden Bereich führt auch zu einei Ansammlung von festem Katalysator an dieser Stelle; diese Anreicherung wirkt als Schutzschild gegen eine weitere oder stärkere Erosion in der Zufuhrsteigleitungswand am abgeknickten Ende, da die im Dampf suspendierten festen Katalysatoren nur auf die in der rechtwinkligen Abknickung angesammelten Katalysatorteilchen auftreffen, so daß sich nur Katalysatorteilchen und Katalysatorteilchen im Apparat, aber nicht Katalysatorteilchen und Behälterwand berühren, wie es bei den bislang bekannten Zufuhrsteigleitungen mit allmählich gebogenen Leitungsbereichen der Fall ist.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Zufuhrsteigleitung, die über ein rechtwinklig abgebogenes Leitungsstück in das Reaktionsgefäß führt,

F i g. 2 bis 4 verschiedene Abwandlungen des winklig abgebogenen Leitungsteils,

F i g. 5 eine Darstellung analog F i g. 1 unter Verwendung einer konventionellen Zufuhrsteigleitung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird regenerierter Katalysator aus der Regenerierzone eines üblichen katalytischen Cracksystems mit frischem Katalysator gemischt und durch die Eintrittsöffnung 1 in die Zufuhrsteigleitung eingeführt. Der Katalysator wird mit der flüssigen oder teilweise flüssigen und manchmal auch vollständig verdampften Einsatzflüssigkeit, die über die Zutrittsöffnungen 3 eingeführt wird, vermischt, worauf die Mischung nach oben durch die Zufuhrsteigleitung 2 oder die Steigkammer 2 weitergeführt wird.

Bei dem hier zur Erläuterung betrachteten katalytischen Cracken von Erdöl herrscht in der Zufuhrsteigleitung eine Temperatur von 420 bis 620 und vorzugsweise von 480 bis 555°C bei einer Gasgeschwindigkeit von 2 bis 25 m/sec und vorzugsweise 2,5 bis 15m/sec und ferner ein Druck im Bereich von 0,56 bis 4,22 und vorzugsweise von 1,05 bis 3,15 kg/cm², während die Raumströmungsgeschwindigkeit von Kohlenwasserstoff je Stunde zu Katalysator-Rückhalt (Kataiysatorgewicht) in der Zufuhrleitung in einem Bereich von 10:1 bis etwa 300 :1 und vorzugsweise im Bereich von etwa 20 :1 bis etwa 150 :1 liegt, während das Gewichtsverhältnis von Katalysator zu öl in einem Bereich von etwa 4 : 1 bis 20 :1, vorzugsweise in einem Bereich von 6 : 1 bis 12 : 1 liegt.

Die Zufuhrsteigleitung 2 hat ein Längen/Durchmesserverhältnis von 2,5 :1 bis 100 : 1 und vorzugsweise im Bereich von 4 :1 bis etwa 10:1.

Als Einsatzmaterial wird vorzugsweise ein Gas/Ölkohlenwasserstoff-Gemisch verwendet, wie es aus dem rohen Erdöl erhalten wird; selbstverständlich können auch andere Gas/Öl-Fraktionen verwendet werden. Das beim Cracken erzeugte Schweröl oder die nicht umgewandelten Anteile des Einsatzmsterials können ein Bestandteil des Einsatzmaterials bilden. Ferner ist vorgesehen, daß die beim thermischen Cracken anfallenden Gasöle der erfindungsgemäßen Anlage zugeführt werden können. Ferner ist vorgesehen, daß Rückstände von Rohölfraktionen als Einsatzmaterial verwendet werden können. Gemäß der Erfindung können als Kohlenwasserstoffe alle Ausgangsmaterialien verwendet werden, die zur Zeit sowohl beim thermischen als auch katalytischen Cracken eingesetzt werden. Diese zahlreichen Einsatzprodukte können auf übliche Weise erhitzt und teilweise verdampft und dann in die Zufuhrsteigleitung 2 eingeführt werden, wo das Einsatzmaterial dann vollständig durch die vom Katalysator mitgeführte Wärme verdampft wird.

Als Katalysator kann jeder zum katalytischen Cracken geeignete Katalysator verwendet werden, wie

u. a. synthetische Aluminiumoxidc, Mischungen von anorganischen Oxiden, wie z. B. Kieselsäure/Tonerde und kristalline Aluminiumsilicate auf Zeolithbasis, die vorzugsweise in einer Kieselsäure/Toncrdc-Matrix eingeschlossen sind.

Die Suspension aus Katalysator und Kohlenwasserstoffdampf steigt dann durch die Zufuhrsteigleitung nach oben, bis sie an die obere Stirnfläche dieses Steiggefäßes 4 gelangt. Hier verringert sich die Geschwindigkeit des im Dampf suspendierten Katalysators, und es bildet sich im oberen Bereich des Steiggefäßes ein Kaialysatorkisscn. Hierdurch wird überraschenderweise eine Verringerung der Erosion des Katalysators an den Wänden des Steiggefäßes erreicht. Die Suspension von Katalysator in Dampf wird dann wieder in einer Richtung hoirzontal zur ursprünglichen Strömungsrichlung beschleunigt und bewegi sich aus der Steigkammer in die horizontale Leitung 5. Hier entsteht eine turbulente Strömung, die eine bessere Vermischung des Katalysators mit den Kohlenwasserstoffdämpfen hervom.fl. Diese bessere Vermischung führt wieder zu einem besseren Kontakt zwischen Katalysator und Einsatzmalcrial, wodurch die Wirksamkeit des Verfahrens erhöht wird.

Um die gewünschte Abbremsung der Kalalysatorsuspension in dem Dampf in dem Zufuhrsteiggefäß zu ermöglichen, muß die horizontale Leitung 5 mindestens einen scharfen Winkel von 90° gegenüber der Steigleitung 2 bilden. Man kann auch einen etwas größeren Winkel vorsehen, so daß die Leitung 5 nach unten gerichtet ist. Demzufolge sind also Winkel im Bereich von etwa 90 bis 135" und vorzugsweise im Bereich von 90 bis 105" zwischen Steigleitung 2 und horizontaler Leitung 5 zu verwenden. Die Verbindung zwischen dem senkrechten und dem horizontalen Teil des Steiggefäßes soll so ausgebildet sein, daß keine Gehrung an der Verbindungsstelle auftritt, d.h.. daß zwei gerade Rohrabschnitt miteinander längs einer Ebene verbunden werden, welche durch die Achsen jeder der beiden Abschnitte der Zuführleitung führt. Diese Verbindungsebene ist senkrecht zu der Ebene, welche durch die Mittellinie jeder Zufiihrstcigleiuingsabschnitie führt. Ein Beispiel einer derartigen Verbindung ist in F i g. 2 gezeigt.

Die Verbindungen der beiden Abschnitte können längs zweier Ebenen erfolgen, die jeweils rechtwinklig zueinander stehen. Diese Verbindung ist im wesentlichen eine T-förmige Verbindung, wo ein Ende an der Oberseite des T entweder mit einer Kappe verschlossen, wie es in F i g. 3 bei 4 gezeigt ist, oder wo eine Füllung aus feuerfestem Material gebildet ist. die eine Verbindung zwischen zwei geraden Rohren bewirkt, wie es in Fig.4 gezeigt ist. Wesentlich ist bei der Verbindung, daß keine gebogenen Abschnitte oder Gehrungen zwischen den senkrechten und waagerechten Abschnitten des Steiggefäßes bestehen. Wenn eine T-förmige Verbindung benutzt wird, so kann der Abschluß aus feuerfestem Material oder nus Metall eine gerade Fläche sein, die im wesentlichen horizontal verläuft; der Abschluß kann aber auch so ausgebildet sein, daß er wie eine Verlängerung der oberen Hälfte der horizontalen Leitung in Richtung auf die senkrechte Leitung aussieht. Die innige Mischung aus Katalysator und Kohlenwas· serstoffdampf wird dann über den Zufuhrkonus 7 in den Flicßbettcrackrcaktor 6 eingeleitet. In diesem Bereich erfolgt eine weitere Umsetzung, und der Katalysator svird dann von dem Endprodukt abgetrennt, während

s nichtumgeseiz.tcs Einsatzmaicrial auf übliche Weise abgetrennt wird. Das Reaktionsgefäß 6 besitzt mehrere Abstreifbleche 8. welche den nach unten ablaufenden Katalysator von mitgerissenem Kohlcnwassersioffmaterial durch einen nach oben gerichteten Danipfstrom

ίο befreien. Die Verwendung einer horizontalen Leitung 5 in der Steigleitung führt zu einer Ausbildung, die irgendwelche Störungen mit der Strömung durch die Abstreifbercichc 8 äußerst klein hält. Der gebrauchte Katalysator bewegt sich nach unten durch das

is Reaktionsgefäß 6 und wird dann auf übliche Weise in eine Regeneriervorrichtung gebracht.

Bei der in Fig. 5 gezeigten konventionellen Zufuhr steigleitung ist der Strom der Katalysatorteilchen mit Pfeilen und der der Kohlenwasscrstoffdämpfe mit

:o gestrichelten Pfeilen angezeigt. Die konventionelle Steigleitung 10 hat einen F.intritt für den Katalysator über die Leitung 11. der dann mit dem über die Eintrittsöffnungen 12 zugeführten flüssigen Material oder den Dämpfen vermischt wird. Das Einsatzmaterial

2s wird sofort verdampft. Die Zufuhrstcigleitung enthält zwei etwa um 45" gebogene Winkelstücke bei 13 und 14. Diese Biegungen können aus mehreren gegchrien Rohrabschnitten oder aus gebogenen Rohrstücken bestehen. Der Gesamtwinkel jeder Biegung, d. h. die

u> Richtungsänderung in der Zufuhrsteiglcitung zwischen den senkrechten und den gebogenen Abschnitten, liegt zwischen mindestens 15 oder maximal 60°.

Das Strömungsbild der in den Dämpfen suspendierten Katalysalorteilchcn zeigt bei diesen bekannten

ts Zufuhrstcigleitungcn, daß sich der Katalysator nicht mit der Dampfphase vermischt, sondern daß im Gegenteil eine vollständige Abtrennung von Katalysator in einen Materialstrom im oberen Wandbercich der Leitung einen Dampfstrom im unteren Bereich der Leitung

.in auftritt. Diese beiden Ströme kreuzen sich im Bereich der Biegung 14 bei einem Mindestmaß von Turbulenz, und der Katalysator fließt zur anderen Seite des Reaktionsgefäßes. Natürlich wird durch eine derartige Führung der Materialströme die Wirksamkeit des

.)s C'rackens erheblich geringer sein, da zwischen Katalysa· torieilchen und Kohlenwasscrstoffdiimpfen ein schlechter Kontakt besteht. Die im wesentlichen unvermischten Phasen aus Katalysator und Kohlenwasscrstoffdampf strömen dünn durch den Zufuhrtrichter IS in das

in RcnktionsgcfttB IC einer üblichen Crackanlagc. Die Verwendung flachwinklig abgebogener Rohre in der Steigleitung IO ergibt außerdem eine Störung bei der Arbeitsweise der Abstrcifblcche 17. Die im Abstreifer nach oben gerichteten Dämpfe werden an die Seite der

ss Abstreifvorrichtung gedrückt, die gegenüber dem Eintritt der Zufuhrsteigleitung liegt Hierdurch erfolgt ein schlechtes Abstreifen in der Zone und in dem Bereich der Abstreifvorrichtung, die oberhalb der Eintrittsstelle der Zuführleitung Hegt. Demgegenüber Ist

(«> die Anordnung gemäß Erfindung weitaus zweckmäßiger, und zwar auch wegen der äußerst geringen Störung bei dem Abstreifen im Bereich der Abstrclfblcehe im Rcnktionsgcfaß.

Hierzu 1 Mintt Zeichnunpen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   I. Fließbett-Crackvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen verlängerten, im wesentlichen senkrechten Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor (2) besitzt, der Einlasse (3) für das flüssige Einsatzmaterial und Zufuhröffnungen (1) für die Zufuhr des Katalysators besitzt und Austrittsöffnungen aufweist, und daß neben dem to Zufuhrsteigleitungsreaktor ein Fließbett-Crackreaktor vorgesehen ist und eine Leitung (5), welche die Austrittsseite des Zufuhrleitungs-Crackreaktors mit der Eingangsseite des Reaktorgefäßes (6) verbindet, und daß diese Leitung so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie eine .scharfwinklige Biegung von mindestens 90° gegenüber der senkrechten Achse des Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktors bildet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt der fluiden Katalysatormischung der Leitung (5) in Verbindung mit einem Zufuhrkonus (7) im Crackreaktorgefäß steht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfe Biegung im Bereich von 90 bis 135° liegt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor ein Längen/Durchmesser-Verhältnis von 2,5 : 1 bis etwa 100 : I hat.
5. 5. Verfahren zum katalytischen Cracken von kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) einen festen Crackkatalysator mit Dämpfen des Einsatzmaterials zu einer Suspension des Katalysators im Dampf mischt,

   b) die Suspension nach oben durch einen verlängerten senkrechten Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor unter Kohlenwasserstoff-Crackbedingungen leitet,

   c) die Suspension in dem oberen Bereich des Reaktors abbremst und

   d) die Suspenstion in einer im wesentlichen waagerechten Richtung wieder beschleunigt in ein Fließbett-Crackreaktionsgefäß leitet.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenwasserstoff ein zum Fließbett-Crackverfahren geeignetes Erdölmaterial verwendet und daß bei Temperaturen von 420 bis 620⁰C, mit einer Gasgeschwindigkeit im Bereich von 2 bis 25 m/sec, einem Druck im Bereich von 0,5 bis 4,3 kg/cm², einer Raumströmungsgeschwindigkeit von Kohlenwasserstoff je Stunde zu Katalysator-Rückhalt im Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor im Bereich von 10 : 1 bis 300 : ! und einem Gewichtsverhältnis von Katalysator zu öl im bereich von 4:1 bis 20 : 1 gearbeitet wird.