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Verfahren zur Xatalysatorregeneration Die Erfindung betrifft die
Handhabung feinteiliger Fest stoffe im fluiden Zustand und insbesondere Systeme,
bei denen ein fluides (aufgewirbeltes) restes Material bei der Behandlung, Herstellung
oder Umwandlung von Kohlenwasserstoffen Verwendung findet. Die Erfindung ist anwendbar
auf Systeme, in denen ein derartiger fluides Feststoff konti nuierlich zwischen
einer Reaktionazone und einer davon getrennten Regenerations- oder Reaktivierungszone
im Kreislauf geführt; wird, insbesondere wenn dabei die in der Reaktionazone herrschende
Atmosphäre sich von der in der Regenerationszone unterscheidet und ein Vermischen
nicht eintreten darf.
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Derartige Systeme haben in der Erdölindustrie für das katalytische
Cracken von Kohlenwaaserstoffen in großem Umfang in der Praxis Anwendung gefunden.
Anlagen des hier behandelten allgemeinen Type werden häufig als "Zweireaktorsystem"
für die Handhabung fluider Feststoffe bezeichnet. Im Rahmen der allgemeinen Aufgabenstellung
derartige Systeme zu entwerfen, sind eine Anzahl
verschiedener Anordnungen
für die Reaktoren und die Ver bindungsleitungen vorgeschlagen worden. Bei der Betrachtung
dieser Entwürfe messen stets bestimmte Grundanforderungen beachtet werden. Einmal
muß eine ausreichende Antrie bskraft für das Zirkulieren des Feststoffes zwischen
den beiden Reaktoren mit der gewünschten Geschwindigkeit vorgesehen werden, wobei
weiterhin Mittel zur Änderung dieser Antriebs kraft innerhalb des für eine ausreichende
Betriebssteuerung erforderlichen Bereiches vorhanden sein müssen. Weiterhin müssen
zuverlässige Vorkehrungen getroffen werden, die verhindern, daß ein Rückstrom der
Reaktionspartner aus einem der beiden Reaktoren über die Verbindungsleitung zu dem
anderen Reaktor stattfinden kann, Beim Entwerfen von Zwei-Reaktorsystemen dieses
Typs für die Verwendung in der Erdölindustrie, insbesondere für die katalytische
Umwandlung von Kohlenwasserstoffen unter Verwendung von fluiden festen Katalysatoren,
wird als Antriebskraft für das Zirkulieren des Katalysators zwischen den beiden
Reaktoren im allgemeinen der fluistatische Druck verwendet, der bei einer verhältnismässig
dichten Säule aus belüftetes Katalysator in einem Standronr erzeugt wird. Bei den
in der Praxia anzutreffenden Anlagen münden diese Standrohre aus jedem Reaktor des
Zweireaktorsystems
am Boden oder nahe beim Boden aus, wobei der
Austritt entweder durch eine veränderbare Offtung, wie z.B. ein Schieberventil,oder
durch ein U-Rohr mit einem weit geöffneten Sohieberventil am Ende erfolgt, wobei
letzteres bei Arbeitsbeginn oder Arbeitsende geschlossen wird. Die Geschwindigkeit
des Katalysatorausflusses an der Unterseite Jedes Standrohrs wird manchmal dadurch
gesteuert, daß man das Schieberventil entsprechend bedient oder dadurch, daß man
einen Teil oder die gesamte Menge der in der nächsten Stufe miteinander umzusetzenden
Stoffe des Kreislaufs an der strömungsaufwärts gerichteten Seite des Ir-Rohres eingibt.
Der durch die Schieberventile Jedes Standrohrs oder durch die aufsteigende Seite
des U-Rohrs strömende Katalysator gelangt in eine Zone niederen Druckes, wo er durch
einen Strom eines geeigneten Fluidisiermittels hoher Geschwindigkeit mitgerissen
wird, wobei es sich ii allgemeinen um den Reaktionspartner für die nächste Stufe
des Kreislaufs handelt. Dieser Katalysatorstrom wird dann als Suspension verhältnismässig
niedriger Dichte oder als dispergierte Suspension durch eine Verbindungsleitung
geführt, die in den ;weiten Reaktor hinaufführt, und zwar entweder oberhalb oder
unterhalb eines geeigneten Grills ttir das Katalysatorfließbett eingeleitet.
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Die Regeneratorenin den in der Praxis üblichen Einheiten unter Verwendung
von U-Rohren weisen im allgemeinen unten halb dieses Grill ein großes Volumen auf9
das nicht ÍUr die Regenerierung dient, da der Hauptteil der Luft in den Reakter
am Boden unterhalb des Grills eintritt und mit dem Katalysator vor dem Passieren
des Regenerator grills nicht zusammentrifft. Einige andere Einheiten ohne U-Rohre
sind ebenfalls 50 ausgelegt, daß der Katalysator in den Reaktor oberhalb des Grills
eingeführt wird, so daß das Volumen unterhalb des Grills nicht für die Rege nerierung
ausgenutzt wird. Mit der vorliegenden Erfindung werden gemäss einer Ausführungsform
Mittel vorgeschlagen, die eine Ausnutzung dieses anderenfalls verlorenen Volumens
ermöglichen, während gemäss einer weiteren Ausführungsform die Verbindungsleitung
in einem üblichen Reaktor Regenerator-System in eine hochwirksame Regenerationszone
umgewandelt wird.
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Gemäss Erfindung wird der leere Raum im Generator dadurch ausgenutzt,
daß man eine zweistufige Regenerierung mittels zwei im Abstand voneinander angeordneter
Gitter durchführt, wobei eines im unteren Teil des Regenerators und das andere im
oberen Teil desselben angeordnet ist0 Ferner ist eine außen liegende Zone zur Vermischung
des Katalysators mit
Luft vorgesehen, so daß ein bereits miteinander
reagierender Materialstrom in den üblicherweise leeren Raum eingeführt wird. Auf
das zweite Gitter gelangt der verbrauchte Katalysator aus dem Reaktor. Auf das untere
Gitter gelangt der Katalysator durch eine Abwärtsströmung des verbrauchten Katalysators
von dem oberen Gitter sowie durch Einftihrung von verbrauchtem Katalysator durch
Abziehen mittels eines Standrohrs von dem oberen Grill, wobei der Katalysator mit
dem Regenerierungsgas vermischt und durch eine hoch wirksame Reaktionszone in der
Überführungsleitung auf den unteren Grill geführt wird. Eine große Menge an Katalysator
wird oberhalb des Grills in dem oberen Bereich zurückgehalten, um eine wirksame
Regenerierung zu erreichen.
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Gemäss einer zweiten Ausführungsform wird die Regenerierung in der
zweiten Stufe ausschließlich in einer Verbindungs leitung zwischen dem Rogealerator
und einem mit dem Reaktor verbundenen Abstreifer durchgeführt. Hierbei ist in dem
Regenerator nur ein Feststoff-Fließbett vorhanden. Diese zweite Ausfuhrungsform
ist besonders interessant, da es sich hierbei um eine neuartige Möglichkeit handelt,
mittels der die zweistufige Regenerierung bei bereits existierenden Einheiten Anwendung
finden kann, ohne daß die berelts vor handenen Reaktoren und Regeneratoren größeren
Änderungen unterworfen werden müssen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die beiliegenden Zeichnungen
dienen; es zeigen: Fig. 1 w eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur
Durchführung der Erfindung, bestehend aus einem. Reaktor und einem Regenerator zur
Verwendung beim katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen; Fig. 2 - eine schematische
Darstellung elner ande Aus führungsform, die nach den gleichen Grundsätzen arbeitet.
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Das in Fig. 1 gezeigte System enthält einen senkrecht angeordneten
zylindrischen Reaktor 10 mit einem Katalysatorfließbett 11, das bis zu der Begrenzungslinie
12 reicht, wobei die Kohlenwasserstoffe durch die Leitung 13 und einer katalytischen
Crackung unterworfen werden. Die durch das Plleßbett 11 nach oben strömenden Kohlenwasserstoffgase
oder -dämpfe erzeugen eine dichte Wirbelschicht mit demAussehen einer siedenden
Flüssigkeit. Ein hiervon getrennter Regenerator 14 ist ungefähr auf dem gleichen
Niveau wie der Reaktor 10 angeordnet und enthält ein ähnliches Katalysatorfließbett
15a mit einer oberen Begrenzungslinie 16a, welches einer Regenerierung unterworfen
wird, indem die kohlehaltigen während der Crackreaktion entstandenen Ablagerungen
abgebrannt werden Das Bett 15a
liegt auf dem Grill 42, welches gsc
ausgebildet ist, daß der Druckabfall an dem Grill ausreicht, ein Zurückfließen des
Katalysators durch die Öffnungen desselben in das untere Fließbett 15b zu verhindern,
wie weiter unten noch näher beschrieben wird. Eine verhältnismässig große Katalysatormenge
wird in dem oberen Fließbett 158 zurückgehalten, um dort den überwiegenden Teil
der insgesamt stattfindenden Regenerierung durchzuführen, beispielsweise 25 bis
75 % der Regenerierung, die insgesamt bei diesem System erreicht wird. Falls nur
eine kleine Katalysatormenge hier vorgesehen würde, dann würde in dem oberen Fließbett
nur ein Wärmeaustausch stattfinden, Jedoch praktisch lcein Abbrennen von Kohlenstoff,
da die Temperatur des oberen Fließbettes nur etwa 5 bis 27°C höher liegen würde
als die des aus dem Reaktor kommenden Katalysators. Die Temperatur würde damit zu
tief sein, um irgendeine Regenerierung zu erreichen Durch eine zusätzliche Stauung
wird dagegen der Kohlenstoff in dem oberen Fließbett abgebrannt. Die Verbrennungswärme
führt dabei zu einer Erhöhung der Temperatur des Bettes, was wiederum das Abbrennen
beschleunigt, so daß ein erheblicher Teil der Regenerierung in dem oberen Fließbett
stattfinden wird. Dieses Fließbett wird 1,5 bis 20 mal soviel Katalysator wie das
untere Bett und/oder die Verbindungsleitung enthalten.
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Das Standrohr 22 für die Aufwärtsströmung reicht in das Fließ bett
15a bis zu einem Punkt oberhalb des Grills 42 hinein,
wodurch sich
der fluistatische Druckunterschied des Katalysators innerhalb dieses Teils des Standrohrs
relativ zu dem im Fließbett 15a addiert, der der Treibkraft für den Katalysatorkreislauf
entgegenwirkt, wodurch die Höhe für die untere Tangentenlinie vermindert wird, die
für den zweistufigen Regenerator banötigt wird. In anderen Fällen kann es jedoch
günstig sein, das Standrohr 22 in Höhe des Grills 42 enden zu lassen Die Temperatur
innerhalb des Reaktors 10 wird normalerweise durch Steuerung der Kreislaufgeschwindigkeit
des Katalysators durch das System gesteuert. Um dies zu erreichen, wird die Geschwindigkeit,
mit der das Treibgas durch die Leitung 36 in das Standrohr 22 für die Aufwärtsströmung
eingegeben wird, mittels eines Temperaturanzeigers gesteuert, der an einem geeigneten
Punkt in dem Bett 11 oder der Uberkopfleitung des Reaktors angeordnet ist Falls
die so bestimmte Reaktortemperatur unterhalb einen bestimmten Wert zu fallen droht,
sorgt die Vorrichtung für eine Erhöhung der Treibgas zufuhr in das Standrohr 22,
wodurch die Dichte der Katalysator suspension vermindert und die Geschwindigkeit
des Katalysator kreislaufs erhöht wird. Durch eine höhere Geschwindigkeit für den
Katalysatorkreislauf fließt Je Zeiteinheit mehr heißer Katalysator in den Überlauf
29 des Regeneratore 14 und
wird dadurch in den Reaktor 10 weitergefördert,
was zu einer Erhöhung der Reaktortemperatur und zu einer schärferen Crackung bei
einer gegebenen Ölzufuhrgeschwindigkeit führt , womit gleichzeitig die Kohlenablagerungen
auf dem Katalysator zunehmen und die Wärmeerzeugung ansteigt, wenn diese Kohlenstoffablagerungen
in dem Regenerator 14 abgebrannt werden.
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Eine zu hohe Reaktortemperatur führt andererseits mittels der gleichen
Anordnung zu einer Verminderung der Luftzufuhr zu dem Standrohr 22 und damit zu
einer Abnahme der Geschwindigkeit im Katalysatorkreislauf, einer geringeren Wärmezufuhr
zu dem Reaktor sowie zu einer geringeren Kohlenstoffbildung je Zeiteinheit. Die
durch die Leitung 13 zugeführte Ölmenge und die Vorheiztemperatur für das Einsatzprodukt
vor der Eingabe in den Katalysatorstrom kann ebenfalls zur Steuerung der Reaktortemperntur
herangezogen werden. Die Vorerhitzung des Öls kann auf eine Temperatur zwischen
Zimmertemperatur und 454°C oder höher erfolgen, normalerweise auf eine Temperatur
im Bereich von 2Oû bis 3700C Das Ausmaß der Crackung,durch das Produktverteilung
und Produktqualität bestimmt werden, ist ein Faktor aus all diesen Variablen einschließlich
der Zufuhrgeschwindigkeit, des Typs und der Temperatur des Öleinsatzproduktes sowie
der Kreislauf geschwindigkeit, der Aktivität und der Temperatur des in den Reaktor
eintretenden Katalysatorstroms sowie letztlich des Katalysatorstaus im Reaktor.
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Ein zweites Fließbett 15b mit einem Niveau 16b ist im unteren Teil
des Regenerators 14 vorgesehen, um die Entfernung der kohlenstoffhaltigen Ablagerungen
aus dem Katalysator auf einen Wert von weniger als 0,2 % und möglichst von weniger
als 0,1 g zu erreichen, Der bei diesem Verfahren Verwendung findende Katalysator
kann ein Kieselsäurekatalysator sein, der durch Säureaktivierung eines Bentonittons
erhalten worden ist, oder ein synthetischer Katalysator aus einem Kieselsäuregel
oder aus anderen Kieselsäureformen. Es kann sich auch um einen Katalysator des Kieselsäure
Tonerde- oder Kieselsäure Magnesiumoxydtyps handein, wobei gee@gnete andere Bestandteile,
wie Zi@konoxyd, Boroxyd oder ähnliche zugesetzt sein können. Dieser Katalysator
kann in Form eines durch Mahlen erhaltenen feinteiligen Pulvers oder in Form von
kleinen Kügelchen vorliegen, die durch geeignete Trocknungsverfahren aus synthetischen
Katalysatoren erhalten werden können. Der Katalysator enthält vorzugsweise Teilchen,
die sich über einen bestimmten Teilchengrößenbereich verteilen, z.B.
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Teilchen Sm Größenbereich von 0 bis etwa 200 µ im Durch messer .
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Der Kopfdruck innerhalb des Reaktors kann etwa 0,42 bis 0,70 kg/cm2
betragen, bestimmt als Rückdruck in dem System für das Abziehen des Produktes, das
heiß als Druckabfall, den die Produktgase überwinden mtissen. Das Syst;em zur Isolierung
der Produktes das von beliebiger Bauart sein kann, ist nicht Teil der vorliegenden
Erfindung und deshalb auch in den Zeichnungen nicht dargestellt.
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Der Druck im oberen Teil des Regenerators kann etwa 0,42 bis 1,05
kg/cm2 betragen. Sowohl der Druck im Reaktor als auch der Druck im Regenerator können
wesentlich über die hier angegebenen Wertehinaus erhöht werden, wenn man das Verhältnis
dieser Drucke zueinander richtig einstellt; die Drucke können in diesem Fall bis
zu 7 kg/cm2 und mehr be tragen.
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Das Einsatzprodukt für das katalytische Crackverfahren kann ein Gasöl,
Naphtha, Schwerdestillat, getoptes Rohöl oder reines Rohöl sein oder es kann sich
um andere Rohölfraktionen handelt , die einzeln oder kombiniert miteinander eingesetzt
werden1 oder das Verfahren kann auf flüssige Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische
angewendet werden, die zumindest teilweise nicht aus Erdöl erhalten worden sind.
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Die Temperatur der Crackung kann im Bereich von 370 bis 5900C, vorzugsweise
bei 480 bis 525°C und die Temperatur die Regenerierung zwischen etwa 480 und 730,
vorzugsweise zwischen etwa 590 und 635°C liegen. Die Temperatur im Fließbett 15a
kann niedriger, etwa gleich oder höher als die im Bett 15b sein und das in dieses
Bett durch das Grill 42 aus dem Bett 15b eintretende Gas weist einen verhältnis
mäßig hohen Sauerstoffgehalt auf, zoBo 8 bis 17 %. Ein Abbrennen findet auch in
der Verbindungsleitung 25 startt, da es sich hierbei um eine hochwirksame Kontaktzone
handelte Das System ist so ausgelegt, daß es unter Gleichgewichts bedingungen für
den Wärmehaushalt durchführbar ist, das heißt, daß im wesentlichen die gesamte während
der Regenerierung freigesetzte Wärme an das Öl abgegeben und zum Verdampfen und
Cracken desselben ausgenutzt wird. Das Katalysator/ Öl-Verhältnis, das zur Aufrechterhaltung
dieses Betriebes bei Gleichgewichtsbedingungen erforderlich ist, schwankt abhängig
von den Eigenschaften des Elnsatzproduktes, der Vorwärmungstemperatur für das Einsatz-produkt
durch indirekten Wärreaustausch mit den verschiedenen den Crackreaktor und den Regenerator
verlassenden Strömen und von der gewünschten Cracktemperatur. Dieses Katalysator
Öl-Verhältnis kann zwischen etwa 4:1 und 30:1 Gewichtsteilen schwanken und liegt
unter bevorzugten Bedingungen etwa bei 10:1.
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Der verbrauchte Katalysator wird aus dem Reaktor 10 abgezogen und
fließt durch den Abstreifer 17 nach unten, der mit Ablenkelementen 18 ausgestattet
sein kann. Durch eine Leitung 19 wird unten in den Abstreifer Dampf oder ein anderes
geeignetes Gas eingeleitet. Der den Abstreifer 17 unten verlassende Katalysator
gelangt durch einenU-Rohrabschnitt 20 mit einem zugehörigen Ventil 20a in das anschließende
senkrechte Rohr 22. Dieses Rohr 22 ragt in den unteren Teil des Regenerators 14
hinein und endet innerhalb des oberen Teils des Fließbettes 15a unterhalb des Niveaus
16a. In den U-förmigen Rohrabschnitt, der den Abstreifer 17 mit dem Standrohr 22
verbindet, mündan Belüftungsleitungen 21 ein, durch die die Mindestmenge an Dampf
oder anderem Belüftungsgas zugeführt wird, die zur Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit
in diesem Abschnitt bei maximaler Katalysatordichte erforderlich ist. Ein Ablenkkegel
23 kann in dem Bett 15a kurz überhalb des oberen Endes des Rohres 22 vorgeschen
sein, um die Verteilung des in das Bett 15a gelangenden Katalysators zu verbessern.
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Das Katalysatorniveau 16a des oberen Fließbettes ill dem Regenerator
wird festgelegt durch das obere offene Ende des für die Abwärtsströmung dos Katalysators
dienenden Standrohrs 24, das ebenfalls in den Regenerator 14 hineinragt.
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Der Katalysator aus dem Fließbett 15a fließt durch das Standrohr 24
nach unten durch das Steuerventil 24a, das einen ausreichenden Druckabfall erzeugt,
um zu verhindern, daß Luft das Bett 15b umgeht9 worauf der Katalysator wib der durch
die Leitung 25 eintretenden Luft vermischt und durch diese durch eine hochwirksame
Kontakt zone In dem nach oben gerichteten Rohr 26 in den Unterteil ds Regenerators
14 durchden Grill 27 mit niedrigem Druckabfall eingeführt.
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Praktische Erfahrungen haben gezeigt, daß die Kontaktwirksamkeit in
einer Verbindungsleitung etwa 10 mal größer ist als in einem Bett. Demgemäss findet
ein erheblicher Teil der Regenerierung in dieser in den Boden des Regenerators einmündenden
Leitung statt. Der in der Regenerierungszone ist befindliche Katalysator fließt
in das Ph 8 !lbkt Senkrechte Schlitze 29 können am oberen Ende des Rohres 28 vorgesehen
sein, um eine gleichmässig Katalysatorabströmung zu erreichen und um eine geringfügige
Varilerung des Katalysatorniveaus 16b zu ermöglichen, ohne daß dabei große Schwankungen
in der Geschwindigkeit auftreten, mit der der Katalysator in das Abzugsrohr überfließt.
Der Druckabfall an den beiden Grilis 22 und 42 ist de gleiche wie der Druckabfall
in einem herkömmlichen System mit nur einem Gitter, da der Katalysatorstau der gleiche
ist.
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Der nach unten durch das Rohr 28 und durch den U-Rohrabschnitt 37
mit dem zugehörigen Ventil 38 fließende Kataly sator wird mit Hilfe von Dampf oder
einem anderen durch die Leitung 30 zugeführten Gas auf maximale Dichte bei Aufrechterhaltung
der Fließfähigkeit eingestellt. Der Verschlußabschnitt 37 wird von dem Teil der
Leitung gebildet, der den Regenerator 14 mit dem Reaktor 10 verbindet und der unterhalb
der waagerechten Ebene liegt, in der die Ölzufuhr leitung 13 in die Leitung 31 einmündet.
Der durch das senkrechte Rohr 28 und den Verschlußabschnitt 37 nach unten fließende
Katalysator gelangt anschließend durch die Ver-@ndungsleitung 31 in den Reaktor
10, wobei letztere einen etwaa größeren Durchmesser aufweist als die Leitung 37
und in diese in Höhe der Ölzufuhrleitung 13 oberhalb des U-förmigen Rohrabschnittes
einmündet.
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Das Gasöl oder sonstige Kohlenwasserstoffeinsatzprodukt für das Crackverfahren,
welches durch indirekten Wärmeaustausch mit den verschiedenen Produktströmen oder
dem Regenerierabgas in irgendeiner geeigneten Weise vorerhitzt wird, wird in die
Leitung 31 durch die Leitung 13 an einem Punkt unmittelbar oberhalb des Niveaus
injiziert, an dem dia Leitung 31 mit dem U-förmigen Rohrabschnitt 37 zusammenläuft.
Die durch die Injektion der vorerhitzten flüssigen
Kohlenwasserstoffe
durch die Leitung 13 erzeugte Mischung aus Öl und Katalysator gelangt als verdünnte
dispergierte Suspension yon Crackkatalysator in Öldämpfen durch die Leitung 31 in
den Reaktor 10. Die sehr große Gasvolumen zunahme durch die Verdampfung und die
Expansion des Ole in dieser Leitung durch den Kontakt mit dem heißen Kataly sator
verleihender entstehenden Suspension eine hohe Geschwindigkeit und eine niedrige
Dichte3 Die Geschwindigkeit der Katalysator Öl-Suspension nimmt beim Eintritt in
den Reaktor 10 ab. So kann die Dichte in der Verbindungsleitung 31 einen Wert von
0,032 bis 0,10 g/cm3 betragen, während die Katalysatordichte innerhalb des Bettes
11 und in dem Abstreifer 17 bei etwa 0,320 bis 0,56 g/cm3 und die Dichte in dem
Standrohr 24 und in den Rohrabschnitten 20 und 37 etwa 0,56 bis 0,72 g/cm3 betragen
können.
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Die Überführungsleitung 31 mündet in die Seitenwand des Reaktors 10
0 nahe bei der Oberseite des Abstreifabschnittes 17 ein und endet innerhalb des
Reaktors in Form eines umgehrten Verteilungskonus 32. Die verdünnte Katalysator
in-Öl-Suspension aus Leitung 31 gelangt in den unteren Teil des Fließbettes 11 durch
den perforierten Grill 33, der auf die Oberseite des Verteilungskegels 32 aufgesetzt
ist. Innerhalb des Verteilungskonus 32 kann ein weiterer umgekehrter Ablenkkegel
34 unterhalb des Grill8 33 vorgesehen
werden, um die Verteilung
des Katalysators und der Kohlenwasserstoffdämpfe über den gesamten Querschnitt des
Fließbettes 11 zu verbesse@n@Das obere Ende des Verteilungskegels 32 besitzt einen
kleineren Durchmesser als der Reaktor 10, so daß ein Ringraum 35 entsteht, durch
den der Katalysator aus dem Reaktor 10 nach unten in den oberen Teil des Abstreifers
17 abfließen kann. Andererseits können die oberen Enden der senkrechten Rohre 24
und 28 auch in Höhe des zugehörigen Grills enden, so daß die Niveaus 16a und 16b
der Betten 15a und 15h sich durch die am unteren Ende der Rohre 24 und 28 vorgesehenen
Schieberventile steuern lassen, Das Niveau der Betten und damit die Bettemperaturen
können somit varilert werden, wodurch es möglich ist, die Regenerierungsbedingungen
während des Betriebs auf optimale Werte einzuregeln.
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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform ftlr die erfindungsgemässe
zweistufige Regenerierung unter Anwendung der gleichen Crundsätze.
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Die dargestellte Anlage besteht aus einem Reaktor 60 und einem Reaktor
61, die durch Überführungsleitungen miteinander verbunden sind, einschließlich U-förmiger
Rohrabschnitte 62 und 63, die unterhalb des Reaktors und Regenerators angeordnet
sind. Der Reaktor 60 enthält ein Katalysatorfließ@
bett 64, dessen
oberes Niveau bei 65 liegt. Das Kohlen wasserstoffeinsatzprodukt für das katalytische
Crackverfahren wird durch die Leitung 66 in die Verbindungsleitung 67 eingespeist,
die seitlich in den Re@k tor einmündet.
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Der Katalysator aus dem Flleßbett 75 im Regenerator tlit3ßt in den
oberen Teil 78 des Standrohrs 77 über, wobei der obere Teil einen größeren Durchmesser
aufweist und als Überlauf ausgebildet ist und aufgrund seiner Pumpfähigkeit kleinere
Schwankungen in der Geschwindigkeit ausgleichen kann, mit der der Katalysator überfließt.
Die Gesamtmenge an Katalysator in dem Fließbett 75 ist somit im wesentlichen konstant
und unterliegt nur kleineren Schwankungen in der Dichte oder Teilchengrößenverteilung
des Katalysators.
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Senkrechte Schlitze 79 köntien am oberen Ende des Überfluß rohrs 78
vorgesehen sein, um die Geschwindigkeit der Katalysatorabströmung gleichmässiger
zu gestalten und um geringe Änderungen des Katalysatorniveaus 76 ohne große Schwankungen
in der Geschwindigkeit des Überlaufens des Katalysators in das Abflußrohr zu ermöglichen.
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Der heiße Katalysator fließt nach unten durch das Rohr 77 und das
Ventil 87, das einen Luftrückstrom in das Rohr 77 hinein verhindert, und wird mit
Druckluft vermischt, die durch Leitung 80 zugegeben wird. Der heiße Katalysator
bringt:
die Temperatur der Luft auf einen Wert In der Nähe von 590 bis 650°C, bei der das
weitere Abbrennen der KoM.enstoffablagerungen erreicht und die Verminderung des
Kohlen stoffgehaltes des Katalysators auf einen niedrigen Wert erreicht wird. Die-
Luft Katalysator-Mischung wird in der Säule 81 hinauf und in den Oberteil des Abstreifers
82 gefördert, wo überschüssige Luft und Stickstoff mittels des Zyklons 83 abgetrennt
werden. Der isolierte Katalysator fällt; durch den Abstreifer 82 im Gegenstrom zu
dem Abstreif gas, z.ß. Abgasen oder Dampf, die unten durch die Leitung 84 in den
Abstreifer 82 eingeleitet werden. Das Abstreifgas entfernt die teilweise verbrauchte
Regenerierluft aus dem Katalysator, wodurch die Menge an Sauerstoff, die in dem
Reaktor mitgeschleppt wird, auf einen Mindestwert herabgedrückt wird. Das Katalysatorniveau
85 wird in dem Abstreifer 82 durch einen Druck aufrechterhalten, der gleich ist
der Summe des Druckes in dem Regenerator 61, dem Druckabfall am Bett im Regenerator
und dem Druckabfall an dem Grill 86 in dem Regenerator 61 und dem Gasdruckabfall
in der Leitung 88 vom Auslad des Zyklons 83 bis zum Regenerator und dem Druckabfall
am Zyklon 83. Dies ist der Druck, der dem Katalysator aus dem Abstreifer 82 durch
die Leitungen 63 und 67 in den Reaktor 60 treibt.
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Als spezielles Beispiel für die Dichten und die Druckunterschiede,
die für den Betrieb eines derartigen Systems geeignet sind, wird eine katalytische
Crackanlage gemäss Fig. 1 näher beschrieben, in der ein synthetischer Kieselsäure
Tonerde-Katalysator in Form eines sprühgetrockneten mikrokugelförmigen Produktes
mit einer Teilchengrößenverteilung von 2 % 0 bis 20 µ, 15 % 20 bis 40 µ, 71 % 40
bis 80 µ und 12 % 8OVu Verwendung fand, Im Reaktor betrug der Druck im Oberteil
0,68 kg/cm2, die Bettdichte 0,448 g/cm3 bei einer Bettiefe von etwa 3 m, die Katalysatordichte
0,512 g/cm3 bei etwa 7,8 m Tiefe in dem Abstreifabschnitt 17, der Druckabfall etwa
1,38 kg/cm2 in Höhe des Einlasses 19 für das Abstreifgas und die Dichte 0,609 g/cm3
in den Abschnitt 20 sowie in dem Abschnitt 37 und den Rohren 24 und 28 fUr die Abwärtsströmung;
bei diesen Bedingungen betrug im Regenerator der Druck im Oberteil etwa 0, kg/cm2,
die Katalysatordichte 0,32 g/cm3 bei einer Tiefe des Fließ bettes 15a von etwa 3
m und die Dichte 0a,32 g/cm3 für eine Tiefe des Fließbettes 15b von etwa 1,8 m entsprechend
einem Druck von 0,78 kg/cm2 in Höhe des Grills 42 und einem Druck von 0,94 kg/cm2
in Höhe des Grills 27 und einem Druck von 1,24 kg/cm2 in Höhe der Luftzuführleitung
36, wenn die Dichte der Suspension in dem Rohr 22 für die Aufwärtsströmung etwa
0,40 g/cm3 und die Dichte der verdünnten Suspension in
der Verbindungsleitung
31 etwa 0,048 g/cm3 beträgt und der Druckabfall an dem Fließbett 15a in dem Regenerator
etwa 0,10 kg/cm2 ausmacht. Die Höhe der Schenkel der Abschlußleitung unterhalb der
Ölzufuhrleitung 13 und der Luftzufuhrleitung 36 oberhalb des tiefsten Punktes der
U-förmigen Abschnitte 37 und 20 beträgt etwa 1,5 m, was ausreicht, um einen fluistatischen
Druck für die Abdichtung von jeweils etwa 0,09 kg/cm2 aufrechtzuerhalten.
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Durch die beschriebenen U-förmigen Rohrabschnitte für die Abdichtung
eignen sich beide Ausführungsformen für die Verwendung in katalytischen Crackanlagen,
die bei Oberflächengasgeschwindigkeiten arbeiten, die wesentlich höher als diederzeit
in der Praxis üblichen liegen. Die speziellen, im obigen Beispiel angegebenen We@te
sind geeignet für ein Arbeiten in dem bevorzugten Geschwindigkeits bereich von etwa
0,8 bis 1 m/Sek. sowohl im Reaktor als auch im Regenerator. Das Verfahren läßt sich
ebenso gut bei niedrigeren Geschwindigkeiten bis zu der Mindestgeschwindigkeit für
die Belüftung des Katalysators durchführen, was einem Bereich von etwa 0,03 bis
0,15 m/3ek.
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entspricht, wie bei höheren Geschwindigkeiten von etwa 2 bis 2, 6
m/Sek., die wesentlich oberhalb der freien Fallgeschwindigkeit für die verwendeten
Katalysatorteilchen liegen.
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Zuvor wurde das Verfahren zwar anhand der Verwendung eines speziellen
Kieselsäure Tonerde-Katalysators beschrieben, doch sind andere Crackkatalysatoren
ebenso geeignet. All gemein beziehen sich die angegebenen Zahlenwerte auf einen
Betrieb mit normalen Crackkatalysatoren. Mit Katalysatoren oder Feststoffen mit
wesentlich höherer oder niedrigerer Dichte werden die angegebenen Diehten und Geschwindigkeiten
abweichen, doch lassen sich die gleichen Grundsätze für die Steuerung durch den
fluistatischen Druck anwenden.
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Die Temperaturen, die Zufuhrgeschwindigkeiten und die Härte der verwendeten
Crackbedingungen sindnicht Bestand teile der Erfindung, so daß diese auch nicht
auf bestimmte Bedingungen beschränkt ist.
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Zuvor wurde anhand eines Beispiels eine typische Anwendung der Erfindung
auf ein System für die katalytische Crackung von Kohlenwasserstoffen beschrieben,
doch ist deutlich, daß die gleichen Grundgedanken auch vorteilhaft für v@r schiedenste
andere Anwendungsgobiete herangezogen werden können. So läßt sich die Erfindung
für die Hydroformierung von Naphtha sowie andere katalytische Umwandlungen von Gasen
oder dampfförmigen Stoffen anwenden, wenn immer es dabei notwendig ist, einen feinteiligen
festen Katalysator inner halb häufiger Intervalle mittels Oxydation, Reduktion,
Schwefelung oder andere ähnliche Behandlungen zu regenerieren,
nachdem
der Katalysator verbraucht ist. Als Beispiel für viele nicht-katalytische Verfahren,
bei denen ein derartiges System ebenfalls brauchbar ist, sei die thermische Crackung
schwerer kohlenstoffhaltiger Stoffe, z.B. von reduziertem Rohöl, erwähnt, bei der
ein inerter Feststoff als Wärme überträger im Kreislauf geführt wird. Ein weiteres
Beispiel ist die Behandlung eines Gemischstromes aus gasförmigen oder flüssigen
Kohlenwasserstoffen mit Kieselsäuregel, Aktivkohle oder anderen geeigneten festen
Adsorptionsmitteln zur Abtrennung und Isolierung eines bestimmten Bestandteils aus
einem derartigen Gemisch mittels selektiver Adsorption.
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ein weiteres Beispiel ist die Destillation von Öl aus Ö1-schiefer,
bei der der verbrauchte Schiefer in einem Strom eines oxydierenden Gases in einem
getrennten Reaktor geröstet und anschließend in die Destillationsanlage zurückgeführt
wird, um die fUr das weitere Abdestillieren von aus rrisch zugeführtem Ölschiefer
erforderliche Wärme zu erhalten. Weitere Anwendungen sind bei der Verkokung von
Kohle, dem Rösten von Erzen, der Reduktion von Metalloxyden oder der Wärmeübertragung
zwischen Fluidströmen mittels Feststoffen denkbar.
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Beim Arbeiten nach dem Schema der FigQ 2 herrschen,
verglichen
mit einer herkönunlichon Anlage, die folgenden Gleichgewichtsbedingungen: herkömmliche
Zweistufeneinheit Einheit gemäss Erfindung Regeneratordruck in kg/cm2 0,84 0,68
(Fig.2) Regeneratorgeschwindigkeit* in m/Sek. 0,77 0,83 Druck im Katalysatorbett
75** in kg/cm2 0,21 0,21 Druck am Grill 85 in kg/cm2 0,10 0,10 Druckabf@ll am Kegel
78 in kg/cm2 0,0 0,0 bis 0,007 Druckabfall an der Zufuhrleitung 80 in kg/cm2 0,07
0,07 Druckabfall am Abscheider2 0,07 82 des Strippere in kg/cm Druckabfall an der
Verbin dungsleitung 81*** in kg/cm2 0,18 Druck der Zufuhrluft 80 1,24 1,24 Druck,
mit dem der Katalysator dem Reaktor zugeführt wird in kg/cm2 0,84 1,01 * Ohne Berücksichtigung
des geringeren Kohlenstoffgehaltes des Katalysators wegen der geringeren kohlenstoffhaltigen
Abscheidungen und ohne erhöhten Druck am Druckluftgebläse, der aufgrund der niedrigeren
Luftgeschwindigkeit wegen der geringeren Kohlenstoffablagerungen in dem wirksameren
Crackreaktor
zur Verfügung stehen würde.
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** 5,7 m tiefes Bett mit ainer Dichte von 0,40 g/cm3.
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***23 m lange Verbindungsleitung bei einer Dichte von 0,08 g/cm3 (tatsächlich
etwa 0,016 bis 0,032 g/cm3).
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Es ist somit deutlich, daß ein zusätzlicher Druckabfall von 0,17 kg/cm2
beim erfindungsgemässen Verfahren für das Zurücktreiben des Katalysators in den
Reaktor zur Verfügung steht und daß ferner ein zusätzlicher Druckabfall von 0,17
kg/cm2 für die Steigerung der Geschwindigkeit in dem Kreislauf für den verbrauchten
Katalysator vorhanden ist.