DE2248633B2 - Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen mit festem, fluidisiertem Katalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen mit festem, fluidisiertem Katalysator durch gleichzeitiges Inberührungbringen und Trennen der Katalysatorteilchen und des strömenden Fluids, mit Einrichtungen zur Aufwärtsbewegung ^w) der Katalysatorteilchen durch ein Fluid, Abscheidung von Fluid und Feststoffteilchen und Ausbildung einer fluidisierten Schicht.

Es sind zahlreiche Vorrichtungen zur Durchführung von katalytischen Prozessen (wie Krackungen) bekannt, ^h^ bei denen Steigrohre in ein Aufnahmegefäß führen (vgl. z. B. die US-PS 23 67 694, 24 40 475 und 34 80 406). So kann etwa bei Umsetzungen mit fluidisierten Katalysatorteilchen eine verhältnismäßig lange Reaktorleitung, die häufig als Steigrohr bezeichnet wird, unten in ein Aufnahmegefäß eintreten und innerhalb eines dichten Bettes des in dem Aufnahmegefäß befindlichen Katalysators enden, so daß sich eine Reaktionszone ergibt, bei der ein fluides Material, das vorausgehend in dem Steigrohr mit Katalysatorteilchen in Berührung getreten ist, zusätzlich mit den Katalysatorteilchen in einem dichten Bett zu weiterer Umsetzung in Berührung treten kann. Früher wurde eine derartige Betriebsdurchführung für notwendig angesehen, um eine im wesentlichen vollständige Umwandlung des gasförmig-flüssigen Einsatzmaterials zu gewünschten Umsetzungsprodukten durch verhältnismäßig lange Berührung mit den Katalysatorteilchen zu ermöglichen.

In jüngerer Zeit sind jedoch Arbeitsmethoden insbesondere auf dem Gebiet der katalytischen Krakkung entwickelt worden, bei denen vergleichsweise kurze Berührungszeiten von Katalysator und öl in einem Steigrohr erforderlich sind, um eine nachträgliche Produktverschlechterung durch einen Vorgang, der bei der Krackung als Wasserstoffübertragung bezeichnet wird, zu verhindern. Der Wasserstoff in dem auf den Katalysatorieilchen befindlichen Koks verursacht eine Sättigung von Produktkomponenten. So handelt es sich bei den hochoktanigen Komponenten häufig um olefinische Substanzen, die im Falle einer Berührung mit den Katalysatorteilchen während mehr als etwa 5 bis 10 Sekunden aus dem Koks Wasserstoff aufnehmen und hierdurch gesättigt werden. Dies führt zu einer Verringerung oder Beseitigung ihrer Fähigkeit zur Bildung von Alkylatbenzin.

Weiterhin müssen bei Umsetzungen eines Fluids mit fluidisierten Katalysatorteilchen die Teilchen nach der Berührung mit dem gasförmig-flüssigen Beschickungsstrom gewöhnlich aus dem Beschickungsstrom abgetrennt und in dem Verfahren wiederverwendet werden. Ferner können in vielen Fällen, insbesondere wenn es sich bei dem Fluid um ein Kohlenwasserstoffmaterial handelt, große Mengen an gasförmig-flüssiger Beschikkung oder gasförmig-flüssigen Reaktionsprodukten von den Katalysatorteilchen adsorbiert werden. Wenn die Katalysatorteilchen nicht wiederverwendet werden, ergibt sich eine wesentliche Verringerung der Produktausbeute, bezogen auf die Beschickung. Um dies zu vermeiden oder zurückzudrängen, ist normalerweise, insbesondere bei der katalytischen Krackung und der Dehydrierung an fluidisiertem Katalysator, eine Teilchenabstreifzone irgendwo zwischen dem Steigrohr und einem Regenerationsgefäß angeordnet. In dieser Abstreifzone wird ein Strom eines Abstreiffluids, wie Luft, Stickstoff oder ein leichter Kohlenwasserstoff, z. B. Methan, Äthan, Butan oder Propan, im Gegenstrom mit den Katalysatorteilchen in Berührung gebracht, um schwere Fluidkomponenten (sowohl Beschickungsanteile als auch Reaktionsprodukte) aus den Katalysatorteilchen auszuspülen, bevor diese aus der Vorrichtung abgezogen und in den Regenerator geleitet werden. Dies führt zu höheren Ausbeuten, insbesondere bei der katalytischen Krackung, da kein Verlust von Reaktionskomponenten in den Regenerator eintritt.

In der US-PS 36 07 129 ist eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Inberührungbringen und Trennen eines fluidisierten Katalysators und zwei verschiedenen Kohlenwasserstoffströmen beschrieben, die ein das fluidisierte Bett aus Katalysatorteilchen enthaltendes Reaktionsgefäß, zwei Zyklonabscheider zur Gas/Feststoff-Trennung und ein Steigrohr aufweist. Das

Steigrohr ist außerhalb des Reaktionsgefäßes angeordnet. Eine Teilchenabstreifzone — wie sie die nachstehend erläuterte erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt — ist nicht vorhanden. Aufgrund ihrer Bauweise weist die bekannte Vorrichtung eine nicht völlig befriedigende Betriebssicherheit und Störungsunanfälligkeit auf und erlaubt auch keine ganz zufriedenstellende Abstreifung der Katalysatorteilchen. Mit ähnlichen Nachteilen sind auch die in den vorgenannten US-Patentschrift?n beschriebenen Vorrichtungen behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen (insbesondere einer Dehydrierung oder katalyti- schen Krackung) mit festem, fluidisiertem Katalysator durch gleichzeitiges Inberührungbringen und Trennen der Katalysatorteilchen und des strömenden Fluids zu schaffen, bei der alle notwendigen Einrichtungen in einem einzigen kompakten Baukörper vereint sind, weicher einfach, betriebssicher und störungsunanfällig ausgebildet ist, und die eine wirksame Abst. eifbehand- lung und eine kurze Berührungszeit von Fluid und Katalysatorteilchen gestattet.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen mit festem, fluidisiertem Katalysator durch gleichzeitiges Inberührungbringen und Trennen der Katalysatorteilchen und des strömenden Fluids, mit Einrichtungen zur Aufwärtsführung der Katal.ysatorteilchen durch ein Fluid, Abscheidung von Fluid und Feststoffteilchen und Ausbildung einer fluidisierten Schicht, die gekennzeichnet ist durch ein zylindrisches Aufnahmegefäß zur Aufnahme eines Bettes aus fluidisierten Teilchen in einem unteren Abschnitt des Gefäßes, einen senkrechten, langgestreckten, unten in das Aufnahmegefäß eintretenden und koaxial zum Aufnahmegefäß angeordneten Steigrohrreaktor mit einem Auslaß an seinem Oberende, der oberhalb des Bettes aus fluidisierten Teilchen liegt, wobei der Steigrohrreaktor zusammen mit dem Aufnahmegefäß eine Teilchenabstreifzone in Form eines Ringraumes zwischen der Außenwandung des Steigrohrreaktors und der Innenwandung des Aufnahmegefäßes bildet, weiche einen oberen zylindrischen Teil und einen unteren kegelförmigen Teil aufweist, wobei der obere Teil mit dem Aufnahmegefäß über einen kegelförmigen Abschnitt verbunden ist und somit von oben gesehen eine Zylinder-Kegel-Zylinder-Kegel-Geometrie vorliegt, eine Einrichtung zur Einführung von Fluid am Unterende des Steigroh/reaktors, eine Einrichtung zur Einführung der Katalysatorteilchen am Unterende des Steigrohrreaktors, eine Einrichtung zum Abziehen der Katalysatorteilchen am Boden der Abstreifzone und eine oberhalb dieser Einrichtung angeordnete Einrichtung zur Einführung eines Abstreiffluids in die Abstreifzone.

Die Vorrichtung der Erfindung gestattet sowohl eine außerordentlich vorteilhafte Abstreifbehandlung als auch eine vergleichsweise kurze Berührungszeit von Fluid und Katalysatorteilchen im Steigrohrreaktor. Bei dieser Vorrichtung erfolgen Kontaktierung und Trennung von Fluid und Teilchen in ein und demselben, einfach ausgebildeten, kompakten und daher betriebssicheren und störungsunanfälligen Reaktionsapparat.

Die erfindurfgsgemäße Vorrichtung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist, weiter veranschaulicht.

Die Vorrichtung umfaßt als Hauptteile ein Aufnahmegefäß 1, einen Steigrohrreaktor 2, der sich in das Aufnahmegefäß erstreckt, und eine Teilchenabstreifzone 17, die von einem Ringraum zwischen dem Aufnahmegefäß und dem Steigrohrreaktor gebildet wird.

Bei dem Aufnahmegefäß 1 handelt es sich um ein Gefäß von vergleichsweise großem Durchmesser im oberen Abschnitt. Das Aufnahmegefäß weist einen sich verengenden Abschnitt, gebildet durch den Wandbereich 20, und einen noch engeren Abschnitt 3, der mindestens zum Teil die Abstreifzone 17 begrenzt, auf. Der Steigrohrreaktor 2 erstreckt sich in das Aufnahmegefäß 1. Sein Auslaß 21 befindet sich im oberen Abschnitt des Aufnahmegefäßes. Der Steigrohrreaktor 2 weist einen Einlaßabschnitt am Unterende 22 auf. Eine Leitung 4, die in das Unterende des Steigrohrreaktors 2 mündet, dient zur Einführung der Beschickung, etwa in Form einer Flüssigkeit, in den Einlaßabschnitt des Steigrohrreaktors 2. Eine Leitung 5 dient zur Einführung der Katalysatorteilchen in den Steigrohrreaktor 2; normalerweise handelt es sich dabei um Katalysatorteilchen, die aus einem nicht dargestellten Regenrationsgefäß zufließen.

Der Steigrohrreaktor 2 tritt bei 23 in das Aufnahmegefäß 1 ein und erstreckt sich dann koaxial aufwärts bis in den oberen Abschnitt 19 des Aufnahmegefäßes. Der Auslaß 21 des Steigrohrreaktors befindet sich oberhalb des in dem Aufnahmegefäß 1 aufrechterhaltenen dichten Katalysatorteilchenbettes 18. An den Auslaß 21 schließt sich vorzugsweise eine Fluid/Teilchen-Trenn-

-iü einrichtung 10 an; gewöhnlich handelt es sich dabei um eine Zyklontrenneinrichtung. Die Zyklontrenneinrichtung bewirkt eine rasche Trennung von Fluid und Katalysatorteilchen, wobei die Katalysatorteilchen durch ein Tauchrohr 15 in das dichte Teilchenbett 18 fließen. Das von den Katalysatorteilchen abgetrennte Fluid fließt durch einen Auslaß 12 aus der Zyklontrenneinrichtung 10 ab.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Zeichnung ist eine weitere Fluid/Teilchen-Trenneinrichtung 9 in dem Aufnahmegefäß 1 angeordnet. Andernfalls sind Mittel zum Abzug des Fluids etwa in Form einer Leitung 8, direkt an das Aufnahmegefäß angeschlossen. In Fällen, wo in dem Aufnahmegefäß 1 beträchtliche Turbulenz von Fluid und Katalysatorteilchen eintritt, würde eine solche direkt angeschlossene Abzugsleitung 8 mehr oder weniger große Mengen an Katalysatorteilchen austragen; um derartige Verluste an Katalysatorteilchen und/oder die Gefahr einer Verstopfung der Abzugsleitung durch Katalysatorteilchen auszuschließen, wird es bevorzugt, eine Teilchenabtrenneinrichtung an dieser Leitung vorzusehen. Die dargestellte Zyklontrenneinrichtung 9 nimmt Fluid und Katalysatorteile'ien aus dem obersten Abschnitt 19 des Aufnahmegefäßes 1 auf. Diese Anteile an Fluid und Katalysatorteilchen

5"> kommen sowohl aus dem Steigrohrreaktor 2 als auch aus dem dichten Katalysatorbett 18 und fließen durch den Einlaß 11 in die Zyklontrenneinrichtung 9. Der von Katalysatorteilchen weitgehend freie Fluidstrom verläßt die Zyklontrenneinrichtung 9 durch den Auslaß 13

bo und die angeschlossene Fluidabzugsleitung 8. Die abgetrennten Katalysatorteilchen werden durch ein Tauchrohr i4 vorzugsweise in das dichte Katalysatorbett 18 in dem Aufnahmegefäß 1 zurückgeführt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem zylindrischen

t>"> Aufnahrnegefüß 1 um ein langgestrecktes Gefäß. Die Teilchenabstreifzone 17 am unteren Ende des Aufnahmegefäßes wird von dem Ringraum zwischen der Innenwandung des Gefäßes 1 und der Außenwandung

des Steigrohrreaktors 2 gebildet. Die Abstreifzone 17 hat einen kleineren Durchmesser als der größte Durchmesser des Aufnahmegefäßes 1 und damit eine kleinere Querschnittsfläche als die anderen Abschnitte des Aufnahmegefäßes 1. Dies führt zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit des Abstreiffluids beim Fluß durch die Teilchenabstreifzone, d. h. höher als beim Fluß dieses Stromes durch den oberen Abschnitt 19 des Aufnahmegefäßes 1. Dadurch ergibt sich eine heftigere Durchmischung von Abstreiffluid und Katalysatorteilchen in der Abstreifzone 17. Die Abstreifzone 17 enthält vorzugsweise Leitplatten 16, die weiter eine bessere Durchmischung von Abstreiffluid und Katalysatorteilchen in der Abütreifzone 17 gewährleisten. Es können auch andere Durchmischungseinrichtungen Anwendung finden, z. B. Verteiler oder anders ausgebildete Leiteinrichtungen, die eine vollständige Durchmischung von Fluid und Katalysatorteilchen herbeiführen.

Die Leitung 7 dient zur Einführung des Abstreiffluids in die Abstreifzone 17. Die Leitung 6 dient zum Abziehen von Katalysatorteilchen aus der Abstreifzone und damit aus dem Aufnahmegefäß. Die Leitung 7 kann aus einer einzigen Leitung oder aus einer Gruppe von Leitungen bestehen und es können Verteiler oder Leiterplatten am Einlaß in die Abstreifzone vorgesehen sein, um eine gleichmäßigere Beaufschlagung des in der Abstreifzone anwesenden Katalysators mit dem Abstreiffluid zu gewährleisten. Genauso kann die Leitung 6 aus einer einzigen Leitung oder aus einer Gruppe von Leitungen bestehen, wobei letztere beispielsweise in tu gleichen Abständen am untersten Abschnitt der Abstreifzone angebracht sein können, um einen sehr gleichmäßigen Abzug von Katalysatorteilchen aus der Abstreifzone sicherzustellen.

Vorzugsweise wird beim Betrieb der Vorrichtung ein S3 verhältnismäßig dichtes Katalysatorteilchenbett 18 in dem Aufnahmegsfäß 1 aufrechterhalten, so daß bei Verwendung von Zyklontrenneinrichtungen deren Tauchrohre 14 und 15 in dieses Bett münden und durch das Bett abgesperrt sind, und ein dichtes Katalysator- ■»(> teilchenbett auch in der .Abstreifzone 17 vorliegt; dies gewährleistet eine vollständigere Ausspülung in der Abstreifzone.

Vorzugsweise sind Fluid/Teilchen-Trenneinrichtungen sowohl am Auslaß des Steigrohrreaktors 2 als auch an der Fluidabzugsleitung 8 angebracht. In einigen Fällen kann jedoch der Steigrohrreaktor mit seinem Auslaß 21 auch direkt in das Aufnahmegefäß 1 münden; dann ist es jedoch zweckmäßig, mindestens einen Zyklonabscheider an der Fluidabzugsleitung 8 vorzuse- ·ϊο hen, um Verluste an Katalysatorteilchen und die Gefahr einer Verstopfung dieser Leitung oder daran anschlie Bender Anlageteile zu vermeiden.

Die Vorrichtung wird aus Werkstoffen, die Tempera türen bis herauf zu 815°C oder höher aushalten hergestellt, insbesondere aus hochtemperaturbeständi gen rostfreien Stählen, die hohe Abriebsbeständigkeil gegenüber den Katalysatorteilchen aufweisen, wöbe beschichtete Stähle für sämtliche oder nur solche Teile wo hoher Abrieb zu erwarten ist, verwendet werder können.

Als Beispiele für Abmessungen der Vorrichtung bzw ihrer wesentlichen Teile seien genannt: ein Steigrohrre aktor mit einem Innendurchmesser von weniger als 7,f bis über 250 cm und einer Länge von wenigen bis übei 30 m. Der Steigrohrreaktor kann sich von der in dei Zeichnung mit 23 bezeichneten Stelle in einer Längt von 0,6 bis über 21 m in das Aufnahmegefäß erstrecken je nach der Höhe des Aufnahmegefäßes 1 und der Höh« des dichten Katalysatorteilchenbetts 18. Das Aufnahme gefäß 1 kann einen Durchmesser von 03 bis über 11 rr aufweisen, seine Höhe beträgt normalerweise 3 bi· 25 m.

Beim Betrieb der Vorrichtung, beispielsweise für die katalytische Krackung, wird der Kohlenwasserstoffbeschickungsstrom in den Steigrohrreaktor 2 eingespeist und dort mit dem Katalysator in Berührung gebracht Beschickung und Katalysator fließen durch den Steigrohrreaktor aufwärts in das Aufnahmegefäß 1 Dort werden die Kohlenwasserstoffe von den Katalysa torteilchen getrennt. Die Kohlenwasserstoffe fließer durch die Leitung 8 aus dem Aufnahmegefäß 1 ab, der teilweise desaktivierte Katalysator gelangt in das dichte Katalysatorteilchenbett 18 und von dort in die Abstreifzone 17. Dort werden mittels des Abstreiffluids normalerweise Wasserdampf oder Stickstoff, das durch die Leitung 7 zufließt, von den Katalysatorteilchen adsorbierte Kohlenwasserstoffe ausgespült Der ausgespülte Katalysator wird durch die Leitung 6 aus der Abstreifzone 17 abgezogen und in eine Regenerationseinrichtung geleitet. Der regenerierte Katalysator wird dann durch die Leitung 5 in den Steigrohrreaktor 2 zurückgeführt. Das Abstreiffluid fließt zusammen mit den Reaktionsprodukten aus dem Steigrohrreaktor 2 durch die Leitung 8 aus dem Aufnahmegefäß 1 ab.

Die Oberfläche des dichten Katalysatorteilchenbetts 18 wird unterhalb des Auslasses 21 des Steigrohrreaktors 2 und oberhalb des Oberendes der Abstreifzone 17, vorzugsweise oberhalb der unteren Enden der Tauchrohre 14 und 15, so daß diese durch das Katalysatorteilchenbett abgesperrt sind, gehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen mit festem, fluidisiertem Katalysator durch gleichzeitiges Inberührungbringen und Trennen der Katalysatorteilchen und des strömenden Fluids, mit Einrichtungen zur Aufwärtsführung der Katalysatorteilchen durch ein Fluid, Abscheidung von Fluid und Feststoffteilchen durch ein Fluid, Abscheidung von Fluid und Feststoffteilchen und Ausbildung einer fluidisierten Schicht, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Aufnahmegefäß (1) zur Aufnahme eines Bettes (18) aus fluidisierten Teilchen in einem unteren Abschnitt des Gefäßes, einen senkrechten, langgestreckten, unten '5 in das Aufnahmegefäß (1) eintretenden und koaxial zum Aufnahmegefäß angeordneten Steigrohrreaktor (2) mit einem Auslaß (21) an seinem Oberende, der oberhalb des Bettes (18) aus fluidisierten Teilchen liegt, wobei der Steigrohrreaktor (2) zusammen mit dem Aufnahmegefäß (1) eine Teilchenabstreifzone (17) in Form eines Ringraums zwischen der Außenwandung des Steigrohrreaktors (2) und der Innenwandung des Aufnahmegefäßes (1) bildet, welche einen oberen zylindrischen Teil und einen unteren kegelförmigen Teil aufweist, wobei der obere Teil mit dem Aufnahmegefäß (1) über einen kegelförmigen Abschnitt verbunden ist und somit von oben gesehen eine Zylinder-Kegel-Zylinder-Kegel-Geometrie vorliegt, eine Einrichtung (4) zur Einführung von Fluid am Unterende des Steigrohrreaktors (2), eine Einrichtung (5) zur Einführung der Katalysatorteilchen am Unterende des Steigrohrreaktors (2), eine Einrichtung (6) zum Abziehen der Katalysatorteilchen am Boden der ³S Abstreifzone (17) und eine oberhalb der Einrichtung (6) angeordnete Einrichtung (7) zur Einführung eines Abstreiffluids in die Abstreifzone (17).

2. Vorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Abschnitt des zylindrischen Aufnahmegefäßes (1) eine Zyklontrenneinrichtung (9) zur Abscheidung der Katalysatorteilchen aus dem Fluid, deren Auslaß (13) mit einer Leitung (8) zur Abführung des Fluids aus dem Aufnahmegefäß

(1) verbunden ist, angeordnet ist und gegebenenfalls zusätzlich an den Auslaß (21) des Steigrohrreaktors

(2) eine weitere Zyklontrenneinrichtung (10) mit einem in das Aufnahmegefäß (1) mündenden Auslaß (12) für das Fluid und einem in das Aufnahmegefäß (1) mündenden Auslaß (15) für die Katalysatorteilchen angeschlossen ist.