DE2327110C3 - Katalysatorregeneriervorrichtung zum Oxydieren von Koks auf einem teilchenförmigen erschöpften Katalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Katalysatorregeneriervorrichtung zum Oxydieren von Koks auf einem teilchenförmigen erschöpften Katalysator, mit einer ersten Aufnahmekammer für ein dichtes Bett aus erschöpftem Katalysator, die einen Einlaß für frisches Regeneriergas in ihrem unteren Abschnitt und einen Einlaß für erschöpften Katalysator aufweist, einer zweiten Aufnahmekammer für ein dichtes Katalysatorbett, die einen Auslaß zum Abzug von regeneriertem Katalysator aufweist und mit einem im oberen Abschnitt der Regeneriervorrichtung angeordneten Regeneriergasauslaß in Verbindung steht. Mitteln zur Überführung von Katalysator von der ersten in die zweite Aufnahmekammer, einem im oberen Abschnitt der Regeneriervorrichtung befindlichen Verdünntphasenraum und gegebenenfalls einem im Verdünntphasenraum angeordneten, mit dem Regenerierauslaß verbundenen Scheider zur Abtrennung von mitgerissenem Katalysator aus dem verbrauchten Regeneriergas.

Die Katalysatorregeneriervorrichtung ist insbesondere zum Regenerieren eines erschöpften Katalysators aus der katalytischen Wirbelschichtkrackung vorgesehen.

Bei bekannten Katalysatorregeneriervorrichtungen bzw. -verfahren zum Abbrennen von Koks ist man meistens bemüht, eine möglichst weitgehende Entfernung des auf den Katalysatorteilchen abgelagerten Kokses herbeizuführen und gleichzeitig eine Nachverbrennung in der Regenerierzone möglichst gering zu halten oder, wenn möglich, ganz auszuschließen. Als »Nachverbrennung« bezeichnet man die Oxydation von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd.

Beim Abbrennen des Kokses von dem erschöpften Katalysator entstehen Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd sowie, aus den im Koks vorhandenen wasserstoffhaltigen Verbindungen, etwas Wasser. Da die Temperaturbelastbarkeit der herkömmlichen Regeneriervorrichtungen im allgemeinen eine erhebliche Nachverbrennung des Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd ausschließt, sind in den meisten Raffinerien an die Regenerierzone ein oder mehrere Kessel zur Erzeugung vcn Wasserdampf angeschlossen, in denen der die

ίο Regenerierzone verlassende Abgasstrom unter Nachverbrennung des darin enthaltenen Kohlenmonoxyds verfeuert wird und die gleichzeitig dazu dienen, die Menge des in die Atmosphäre abgeblasenen Kohlenmonoxyds soweit wie möglich zu verringern.

r> Eine Katalysatorregeneriervorrichtung der eingangs und im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art ist aus der DE-OS 19 64 647 zu entnehmen. Bei dieser bekannten Katalysatorregeneriervorrichtung befinden sich im Unterteil des Regeneriergefäßes zwei dichte Kptalysatorwirbelbetten, die durch eine Trennwand voneinander abgeteilt sind und über denen sich ein beiden Katalysatorwirbelbetten gemeinsamer Verdünntphasenraum befindet Nach abgewandelten Ausführungsformen können bei der bekannten Vorrichtung ein Reaktor mit den zugehörigen Verbindungseinrichtungen zu dem Regenerator zugeordnet oder drei voneinander getrennte dichte Katalysatorwirbelbetten im Unterabschnitt des Regeneriergefäßes mit einem allen drei Betten gemeinsamen Verdünntphasenraum vorgesehen sein. Bei sämtlichen Ausführungsformen fließt der Katalysator als solcher, ohne nennenswerte Mengen an Regeneriergas, durch öffnungen oder Löcher in der die dichten Wirbelbetten voneinander abteilenden Trennwand, gegebenenfalls zusätzlich über von der Trennwand gebildete Wehre, direkt von dem einen Wirbelbett in das nächste Wirbelbett. Eine gesonderte Überführungsleitung mit einer darin befindlichen Verbrennungszone, in der insbesondere eine Oxydation von Kohlenmonoxyd herbeigeführt werden

ω könnte, ist der bekannten Vorrichtung in allen Ausführungsformen fremd.

Abgesehen von den eingangs und im Oberbegriff des Hauptanspruchs aufgezeigten Ähnlichkeiten sind die Gesamtausbildung der Vorrichtung und die in der

t>5 Vorrichtung durchzuführende Betriebsweise bei der bekannten Vorrichtung und der Vorrichtung der Erfindung grundlegend verschieden. So ist beispielsweise der Verdünntphasenraum in allen Ausführungsfor-

men der bekannten Vorrichtung den' zwei oder mehreren dichten Wirbelbetten durchweg gemeinsam. Die Anordnung eines Verdünntphasenraums nur im oberen Abschnitt der zweiten Aufnahmekammer und eine Abförderung des Katalysators aus der ersten Aufnahmekammer aufwärts mittels des Regeneriergasstromes und hierdurch Überführung in die zweite Aufnahmekammer kommt nicht in Betracht Überdies handelt es sich bei dem zweiten Wirbelbett der bekannten Vorrichtung im wesentlichen um einen zur Verbesserung der Verweilzekverhältnisse abgeteilten Abschnitt der eigentlichen Koksverbrennungszone. Etwas ähnliches kommt erfindungsgemäß nicht in Betracht

Mit der bekannten Vorrichtung ist eine weitgehende oder sogar annähernd vollständige Kohlenmonoxyd-Nachverbrennung innerhalb des Regenerators unter Gewährleistung der Vermeidung einer Gefahr von Überhitzungen oder Beschädigungen der Vorrichtung bzw. von Vorrichtungsteilen nicht zu erreichen.

Die DE-PS 9 52 923 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffölen, wobei in einem Wirbelschichtreaktor mit angeschlossener Abstreifzone gearbeitet wird. Es handelt sich nicht um eine Katalysatorregeneriervorrichtung zum Oxydieren von Koks auf einem teilchenförmigen erschöpften Katalysator, und die eingangs angegebenen Voraussetzungen für die Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht sind nicht erfüllt Eine direkte Abförderung des Katalysators vom ω Kopf einer ersten Aufnahmekammer mittels des Behandlungsgases selbst durch eine gesonderte Überführungsleitung mit weiterer Umsetzung zwischen dem Katalysator und dem Gas in dieser Überführungsleitung, Anordnung eines Verdünntphasenraums nur im oberen Abschnitt der zweiten Aufnahmekammer, usw., kommt nicht in Betracht Selbst im Falle einer Anwendung zur Katalysatorregeneration ist mit der bekannten Vorrichtung die Herbeiführung einer weitgehenden oder annähernd vollständigen Kohlenmonoxyd-Nachverbrennung innerhalb der Vorrichtung unter Vermeidung von Überhitzungen oder Beschädigungen der Vorrichtung nicht zu erfüllen.

Sinngemäß das gleiche gilt für weitere bekannte Vorrichtungen mit Wirbelschichtbetten, z. B. einen -t -> Wirbelschichtreaktor zur Durchführung katalytischer Reaktionen zwischen gas- oder dampfförmigen Reaktionspartnern mit einer aus einer Mehrzahl nebeneinander liegender getrennter senkrechter Zellen bestehenden Reinigungsabteilung (DE-PS 9 46 887), einen v> Wirbelschichtreaktor mit einer sich vom Boden einer Kammer aufwärts durch einen Teil der Kammer erstreckenden Scheidewand zur Abteilung einer Reaktionszone von einer Abstreifzone, wobei ferner ein Regenerator angeschlossen ist (DE-PS 9 02 490), eine Abstreifvorrichtung für verunreinigte Katalysatorteilchen unter Anwendung von Gegenstromfluß (US-PS 31 42 544), einen Wirbelschichtreaktor mit unten liegender Katalysatorkammer, Steigrohr-Reaktionsrohren zur Kohlenwasserstoffumsetzung, Mitteln zur Einfüh- t>o rung von Flüssigkeit oder Dämpfen als Wärmeaustauschmittel in einen Raum um die Steigrohre und einer Katalysatorrückführleitung zum Wirbelschichtbett (US-PS 32 05 275) und einen Wirbelschichtreaktor für die katalytische Krackung mit einem außen liegenden tv> Steigrohrreaktor und einem weiteren Wirbelschicht-Reaktorgefäß, von dem der Katalysator zu einem nicht dargestellten Regenerator abgezogen wird (US-PS 36 07 129). All diese Vorrichtungen sind für eine Katalysatorregeneration unter den eingangs und im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Voraussetzungen, von denen die Erfindung ausgeht weder vorgesehen nocht geeignet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysatorregeneriervorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die eine annähernd vollständige Kohlenmonoxyd-Nachverbrennung innerhalb der Regeneriervorrichtung in kontrollierter Weise gewährleistet, dabei eine Gefahr von Überhitzungen oder Beschädigungen der Vorrichtung bzw. von Vorrichtungsteilen oder des Katalysators vermeidet eine Gewinnung der exothermen Reaktionswärme der Nachverbrennung des Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd innerhalb der Regeneriervorrichtung selbst unter Aufnahme der Wärme von dem Katalysator herbeiführt keine nachgeschalteten Kessel zur Abgasverbrennung benötigt ein Abblasen nennenswerter Mengen an Kohlenmonoxyd in die Atmosphäre verhindert, und trotzdem insgesamt einfach und betriebssicher ausgebildet ist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine Katalysatorregeneriervorrichtung zum Oxydieren von Koks auf einem teilchenförmigen erschöpften Katalysator, mit einer ersten Aufnahmekammer für ein dichtes Bett aus erschöpftem Katalysator, die einen Einlaß für frisches Regerieriergas in ihrem unteren Abschnitt und einen Einlaß für erschöpften Katalysator aufweist einer zweiten Aufnahmekammer für ein dichtes Katalysatorbett die einen Auslaß zum Abzug von regeneriertem Katalysator aufweist und mit einem im oberen Abschnitt der Regeneriervorrichtung angeordneten Regeneriergasauslaß in Verbindung steht. Mitteln zur Überführung von Katalysator von der ersten in die zweite Aufnahmekammer, einem im oberen Abschnitt der Regeneriervorrichtung befindlichen Verdünntphasenraum und gegebenenfalls einem im Verdünntphasenraum angeordneten, mit dem Regeneriergasauslaß verbundenen Scheider zur Abtrennung von mitgerissenem Katalysator aus dem verbrauchten Regeneriergas, welche erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine erste Aufnahmekammer mit einem oberen Auslaß für regenerierten Katalysator und teilweise verbrauchtes, kohlenmonoxydhaltiges Regeneriergas, eine senkrecht angeordnete Leitung zur Überführung von Katalysator und Regeneriergas von der ersten in die zweite Aufnahmekammer, wobei der untere Einlaß der Überführungsleitung direkt zum Auslaß der ersten Aufnahmekammer überleitet und der obere Auslaß der Überführungsleitung in den Verdünntphasenraum mündet, eine zwischen dem unteren Einlaß und dem oberen Auslaß der Leitung liegende Verbrennungszone und einen Verdünntphasenraum im oberen Abschnitt der zweiten Aufnahmekammier.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Katalysatorregeneriervorrichtung werden eine Reihe wesentlicher Vorteile erzielt. Beim Betrieb der Vorrichtung erfolgt eine praktisch vollständige und kontrollierte Kohlenmonoxyd-Nachverbrennung innerhalb der Vorrichtung selbst. Dies geschieht in einem rasch fließenden Katalysator-Regeneriergas-Strom in Anwesenheit der durch die Überführungsleitung fließenden großen Kati.!ysatormengen. Demgemäß wird die exotherme Kohlenmonoxyd-Verbrennungswärme praktisch vollständig von den Katalysatorteilchen aufgenommen und es ist immer eine genügende Katalysatormenge anwesend, um eine einwandfreie Wärmeabführung

durch den Katalysator zu gewährleisten. Eine Überhitzung des Katalysators oder von Vorrichtungsteilen durch Ausbildung von Hitzenestern extrem hoher Temperatur, wie sie bei herkömmlichen Regenerationsvorrichtungen im Falle des dort unerwünschten Eintretens einer Kohlenmonoxydnachverbrennung in Abwesenheit genügender Mengen eines rasch fließenden Katalysators auftreten können und zu Schädigungen der Vorrichtung und/oder des Katalysators führen, ist ausgeschlossen. Ferner wird praktisch die gesamte Kohlenmonoxydverbrennungswärme in der Regeneriervorrichtung selbst zurückgewonnen und somit für das Regenerierverfahren bzw. das angeschlossene Kohlcnwassersloffumwandlungsverfahren, aus dem der erschöpfte Katalysator kommt und in das der regenerierte Katalysator zurückgeführt wird, direkt nutzbar gemacht. Dies verbessert natürlich den thermischen Wirkungsgrad des Verfahrens. Die vollständige Kohlenmonoxydverbrennung in der Regeneriervorrichtung selbst macht nachgeschaltete Abgasverbrennungskessel zur Wärmeausnulzung des Kohlenmonoxyds, wie bei herkömmlichen Verfahren, überflüssig. Trotzdem wird infolge der vollständigen Kohlenmonoxydverbrennung keine nennenswerte Kohlenmonoxydmenge in die Atmosphäre abgeblasen. Die mit der Temperatursleigerung der Katalysatorteilchen infolge Aufnahme der Kohlenmonoxydverbrennungswärme einhergehende intensivere und raschere Regeneration ermöglicht eine wesentliche Verringerung der jeweils in der Regeneriervorrichtung anwesenden Katalysatormenge und damit des Katalysatoreinsatzes in der (icsamtanlage. Die infolge der Aufnahme der CO-Verbrennungswärme gegenüber der Regeneration in herkömmlichen Vorrichtungen erhöhte Temperatur des regenerierten Katalysators bringt überdies Vorteile bei der Kohlenwasserstoffumsetzung mit dem regenerierten Katalysator mit sich. Beispielsweise kann die Temperatur im Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktor deutlich gesteigert werden, wodurch kürzere Verweil-/eiten für eine vorgegebene Kohlenwasserstoffumwandlung ermöglicht werden, was wiederum eine Steigerung der Produktausbeuten etwa an Benzin und wertvollen leichten Komponenten erlaubt. All dies trägt naturgemäß a ich zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Katalysatorregeneration und der Umsetzung mit dem regenerierten Katalysator bei.

Weitere Vorzüge sowie die einfache und betriebssichere Ausbildung der Katalysatorregeneriervorrichtung der Erfindung gehen aus den nachstehenden Erläuterungen in Verbindung mit der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung dargestellt Ond. hervor.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Übcrlührungslcitung direkt in den Verdünntphasenraum im oberen Abschnitt der zweiten Aufnahmekammer mündet.

Fig. 2 zeigt eine weitgehend ähnliche Ausführungsform, bei der Zyklonabscheider an die Auslässe der Übcrführungslcitung angeschlossen sind.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, die sich insbesondere für den Umbau eines herkömmlichen Regenerationsgefäßes zu einer Regencrationsvorrichtung nach dci Fi findung eignet.

(H-iiiäß I·' i g. 1 schließt an die erste untere AufnahmekaimiKT 1 für den erschöpften Katalysator am Kopf mittig die Obcrführungslcitung 2 mit Auslässen 12 und 12' an, die in die obere zweite Aufnahmekammer 3 für den regenerierten Katalysator münden. Die Leitung 5 dient zum Einspeisen von erschöpftem Katalysator, di Leitung 4 zum Einspeisen von frischem Regenerierga; Die Leitung 5 kann sich mit einem Fortsatz 26 in di Kammer I erstrecken, um eine bessere Verteilung de eintretenden Katalysators herbeizuführen, und ei Vcrteilersieb 17 kann zur besseren Verteilung de eintretenden frischen Regencricrgascs über das gesam te in der Aufnahmekammer 1 befindliche dicht Katalysatorbett 8 vorgesehen sein. Durch den Auslaß 11 am Kopf der Aufnahmekammer I tritt ein Strom au Regeneriergas und milgeführtem fluidisiertem Kataly sator in die Übcrführungslcitung 2 ein.

Die Überführungsleilung 2 ist senkrecht angeordne ihr Einlaß 18 befindet sich am unteren Ende und ih Auslaß 12, 12' an ihrem oberen Ende. Die Auslässe 1 und 12' können als einfache Öffnungen ausgebildet seif durch die der durch die Verbrennungszone 19 in de Überführungsleitung 2 fließende Strom aus Katalysato und Regeneriergas in die Aufnahmekammer 3 eintril Der Auslaß 18 der Aufnahmekammer 1 fällt mit den Überführungsleilungseinlaß 18 zusammen.

In der Überführungsleitung 2 ist ein ßrenngaseinla 13 angeordnet, durch den ein Brenngas in di Verbrennungszone 19 eingeführt werden kann. Ei Verteiler 14 dient zur besseren Verteilung de Brenngases über den Querschnitt der Überführungslei tung 2.

Am Kopf der Überführungsleitung 2 ist eine Kapp 20 vorgesehen, die verhindert, daß Katalysator um Regencriergas nach oben aus der Überführungsleitun, 2 austreten. Vorzugsweise soll der Katalysator-Regene riergas-Strom waagerecht oder nach unten gerichte austreten, damit möglichst wenig Katalysator in der Gas anwesend ist, das sich in dem Verdünntphasenraur 28 der Aufnahmekammer 3 befindet.

Die Aufnahmekammer 3 enthält den Verdünntpha senraum 28 und einen Raum zur Aufnahme eine dichten Katalysatorbetts 9. Sie wird von einer obere Haube 24, einer zylindrischen Seitenwand 29, eine konischen Wand 30, einer zylindrischen Wand 31, eine weiteren konischen Wand 32 und der Außenwandun der Überführungsleitung 2 umschlossen und ist mi einem Auslaß 6 für regenerierten Katalysator und einen Auslaß 7 für verbrauchtes Regeneriergas versehen. Ei Rohr 25 führt den abgezogenen Katalysator zu den Auslaß 6, ein Ventil 27 regelt die pro Zeiteinheit aus de Aufnahmekammer3 abgezogene Katalysatormenge.

Am Regeneriergasauslaß 7 befindet sich ein Scheide 22, gewöhnlich ein Zyklonscheider, dessen Einlaß 21 in Verdünnlphasenraum 28 liegt. Das verbrauchte Re generiergas und mitgerissener Katalysator werden in Scheider 22 voneinander getrennt, worauf das ver brauchte Regeneriergas durch den Auslaß 7 abfließ Der abgetrennte Katalysator wird durch ein außerhall der Überführungsleitung 2 verlaufendes Fallrohr 23 i das dichte Bett 9 geleitet.

Durch Einlasse 15 und 15' mit Verteilern 16 und 16 können gewünschtenfalls ein Sauerstoff enthaltende Gas für eine zusätzliche Verbrennung im dichten Bett und/oder Dampf bzw. ein anderes inertes Gas für ein Ausspülung des Katalysators, bevor er durch dei Katalysatorauslaß 6 abgezogen wird, eingeleitet wer den. Die Einlasse 15 und 15' können übereinande angeordnet werden, wobei dann durch den obere! Einlaß das sauerstoffhaltige Gas und durch den unterer Einlaß das Spülmedium in das dichte Bett eingeführ wird.

Das dichte Katalysatorbett 8 hat seinen oberer

Spiegel an der Stelle, wo das Regeneriergas die zur Mitnahme der Katalysatorteilchen erforderliche Transportgeschwindigkeit erreicht. Diese Stelle liegt in der Übergangszone, die von der konischen Wand 32 gebildet wird, unter dem Überführungsleitungseinlaß 18. Im dichten Bett 8 ergibt sich eine ausreichend lange Kontaktzeit zwischen dem erschöpften Katalysator und frischem Regeneriergas. Die Überführungsleitung 2 weist eine kleinere Querschnittsfläche als die Aufnahmekammer 1 auf, so daß das aus der Aufnahmekammer 1 abströmende Regeneriergas erheblich beschleunigt wird und Katalysator aus dem dichten Bett 8 mitführt. Das Gas und der Katalysator fließen im Gleichstrom durch die Verbrennungszone 19 in der Überführungsleitung 2 und dort findet CO-Nachverbrennung statt. Zusätzlich kann ein Sauerstoff enthaltendes Gas durch den Brenngaseinlaß 13 eingeleitet werden, um die Kohlenmonoxydverbrennung zu unterstützen. Die freiwerdende Wärme wird von dem in der Überführungsleitung 2 befindlichen Katalysator aufgenommen. Gegebenenfalls kann auch ein verbrennbares Gas, wie Wasserstoff, Methan oder Äthan, durch den Brenngaseinlaß 13 eingespeist werden, um der Anlage zusätzliche Wärme zuzuführen und dadurch die Temperatur der Katalysatorteilchen zu erhöhen.

Das zweite dichte Katalysatorbett 9 in der Aufnahmekammer 3 gewährleistet ständig eine ausreichende Teilchensäule auf dem durch den Katalysatorauslaß 6 abfließenden regenerierten Katalysator, um den Druckabfall in dieser Leitung und stromabwärts angeordneten Anlageteilen zu überwinden. Ferner ist hierdurch ein genügendes Bett aus regeneriertem Katalysator vorhanden, um Sauerstoff enthaltende Substanzen aus den Zwischenräumen zwischen den Katalysatorteilchen ausspülen zu können. Der obere Spiegel des dichten Betts 9 kann schwanken, er liegt jedoch immer unterhalb der Überführungsleitungsauslässe 12 und 12', so daß kein Katalysator aus dem dichten Bett in die Überführungsleitung 2 zurückfluten kann.

F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform ähnlich der der Fig. 1, wobei jedoch an den Auslässen 52 und 52' der Überführungsleitung 42 Scheider 70 und 70' zur Trennung von Katalysator und Regeneriergas angebracht sind. Demgemäß gelangt sehr wenig mitgerissener Katalysator in den Verdünntphasenraum 71. Durch die zusätzliche Anbringung der Scheider 70 und 70' kann die Durchsatzleistung des Regenerators gesteigert werden. Das im wesentlichen katalysatorfreie Regeneriergas tritt durch die Auslässe 68 und 68' aus, während der abgetrennte Katalysator durch Fallrohre 69 und 69' in das dichte Katalysatorbett 49 gelangt. Die Fallrohre können bis in das dichte Bett 49 hinabrcichen.

Wiederum weist die erste Aufnahmekammer 41 für erschöpften Katalysator einen Katalysatoreinlaß 45 mit einem Fortsatz 66, einen Regeneriergaseinlaß 44, ein Verteilersieb 57, einen Auslaß 58 am oberen Ende und ein dichtes Katalysatorbett 48, dessen oberer Spiegel 50 unterhalb des Auslasses 58 liegt, auf.

Die senkrechte Überfühningsleitung 42, deren Einlaß 58 mit dem Auslaß der Aufnahmekammer 41 übereinstimmt, enthält die Nachverbrennungszone 59, in der sich der Brenngaseinlaß 53 mit Verteiler 54 befindet Die Kappe 60 am Kopf der Überführungsleitung 42 ermöglicht die Ausbildung eines Kissens aus Katalysator unter der Kappe 60, um einen zu starken Katalysatorabrieb am Kopf der Überführungsleitung zu verhindern.

Die zweite Aufnahmekammer 43 für den regenerierten Katalysator enthält den Verdünntphasenraum 71, das dichte Katalysatorbett 49 mit seinem oberen Spiegel 51 im untersten Teil der Aufnahmekammer 43, den Regeneriergasauslaß 47, den Katalysatorauslaß 46 mit dem Rohr 65 und dem Auslaßventil 67, sowie die Einlasse 55 und 55' mit Verteilern 56 und 56' zum Einleiten eines Sauerstoff enthaltenden Gases und/oder eines Ausspülmediums in das dichte Bett 49.

Der Scheider 62 mit Einlaß 61 führt den restlichen abgetrennten Katalysator durch das außerhalb der Überführungsleitung 42 verlaufende Fallrohr 63 in das dichte Bett 49. Das verbrauchte Regeneriergas fließt durch den Auslaß 47 ab. Die Aufnahmekammer 43 wird von der Haube 64, dem zylindrischen Mantel 80, der konischen Schulter 81, dem zylindrischen Mantel 72, dem kegeistumpfförmigen Abschnitt 73 und der Außenwandung der Überführungsleitung 42 gebildet.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, die durch Umbau eines vorhandenen herkömmlichen Regenerators herbeigeführt werden kann, indem in ein übliches Regeneriergefäß Wandungen 119, 118 und 117, eine Kappe 133, eine horizontale Leitung 113 und ein Auslaß 109 eingebaut werden. Der Innenraum des ursprünglichen Regeneriergefäßes ist hier in eine Kammer für den erschöpften Katalysator, eine Überführungsleitung und einer Aufnahmekammer für den regenerierten Katalysator unterteilt. Die erste Aufnahmekammer 134 für den erschöpften Katalysator wird von dem unter dem Auslaß UO liegenden Raum gebildet, in dem sich das dichte Katalysatorbett 104 mit seinem oberen Spiegel 125 befindet. Die Überführungsleitung 101 mit der Nachverbrennungszone 107 erstreckt sich aufwärts längs des Mantels 108 bis zur Kappe 133 und umfaßt auch den Raum 135 in der horizontalen Leitung 113. Der restliche Innenraum des ursprünglichen Gefäßes beherbergt das zweite dichte Katalysatorbett 103 und den Verdünntphasenraum 102, die längs der Grenzfläche 124 aneinanderstoßen, und bildet die zweite Aufnahmekammer 106 für den regenerierten Katalysator.

*o Ein Katalysatoreinlaß 114 mit einem Verteilerfortsatz 115 erstreckt sich in die erste Aufnahmekammer 134. Das frische Regeneriergas wird durch den Einlaß 105 in die Aufnahmekammer 134 eingespeist. Zur besseren Verteilung des Regeneriergases kann ein Verteilersieb 116 vorgesehen sein. Das Gas und mitgeführter Katalysator fließen dann durch den Auslaß 110 in die Überführungsleitung 101 und durch den Raum 135 der horizontalen Leitung 113 und den Auslaß 109 in die Aufnahmekammer 106 für den regenerierten Katalysator. In der Überführungsleitung 101 befindet sich die Nachverbrennungszone 107. Durch den Einlaß 111 mit Verteiler 112 kann ein Brenngas eingespeist werden.

Der Überführungsleitungsauslaß 109 ist nach unten gerichtet, um die Menge an Katalysator in dem Verdünntphasenraum 102 der zweiten Aufnahmekammer 106 so gering wie möglich zu halten. Der Scheider 122 im Verdünntphasenraum 102 trennt mitgerissenen Katalysator vollständig vom verbrauchten Regeneriergas ab. Die Stoffe treten durch den Einlaß 121 in den Scheider 122 ein, das verbrauchte Regeneriergas fließt durch den Auslaß 120 ab, der abgetrennte Katalysator wird durch das Fallrohr 123 in das dichte Bett 103 der zweiten Aufnahmekammer 106 geleitet Der regenerierte Katalysator wird durch den Auslaß 130 mit Einlauftrichter 132 und Auslaßventil 131 in geregelter Menge abgezogen. Durch die Einlasse 126 und 128 mit Verteilern 127 bzw. 129 können ein Sauerstoff enthaltendes Gas und/oder ein Ausspülmedium in das

dichte Bett 103 eingeleitet werden.

Die Oxydation des auf dem erschöpften Katalysator vorhandenen Kokses findet zur Hauptsache in der ersten Aufnahmekammer statt, wobei Kohlenmonoxyd entsteht. Die Kohlenmonoxydoxydation bzw. Nachverbrennung findet im wesentlichen in der Überführungsleitung statt. Gewöhnlich enthält der in die erste Aufnahmekammer eingespeiste erschöpfte Katalysator einige Zehntel bis zu einigen Gew.-% Koks, zumeist etwa 0,5 bis 3Gew.-°/o und bei katalytischen Wirbelschichtkrackverfahren in der Regel etwa 0,5 bis 1,5 Gew.-% Koks. Der regenerierte Katalysator enthält je nach Wunsch weniger als 0,4 Gew.-%, zumeist weniger als 0,3 und zuweilen sogar weniger als 0,1 Gew.-% Koks. Falls erforderlich, kann der Restkoksgehalt des regenerierten Katalysators aber auch bei z. B. 0,5 oder sogar Werten bis zu etwa 1,0 Gew.-% geha.lten werden.

Unter »frischem Regeneriergas« sind Sauerstoff enthaltende Gase, wie Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, zu verstehen. »Teilweise verbrauchtes Regeneriergas« ist das Regeneriergas, das in der ersten Aufnahmekammer mit dem erschöpften Katalysator in Berührung gestanden hat und nunmehr einen geringeren Gehalt an freiem Sauerstoff besitzt Es enthält Wasser, Stickstoff, etwas Sauerstoff, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd. Das »verbrauchte Regeneriergas« enthält kein oder nur noch wenig Kohlenmonoxyd; sein Sauerstoffgehalt beträgt in der Regel einige Zehntel bis zu 10 Mol-%. Das verbrauchte Regeneriergas, das aus der Aufnahmekammer für den regenerierten Katalysator abgezogen wird, ist ein kohlenmonoxydarmes Rauchgas.

Die Querschnittsfläche der Überführungsleitung wird gewöhnlich so gewählt, daß die Leerraumgeschwändigkeit des Gases bei normalen Regenerierbedingungen größer als 3,0 Meter/Sekunde ist Durch Einspeisen von Brenngas in die Überführungsleitung kann die Leerraumgeschwindigkeit des Gasstroms erhöht werden. Die Überführungsleitung soll lang genug sein, daß die Nachverbrennung von Kohlenmonoxyd in der Überführungsleitung erfolgt und die Verweilzeit von Katalysator und Gasen zur Aufnahme der CO-Verbrennungswärme durch den Katalysator genügt

Die Aufnahmekammer für den regenerierten Katalysator sollte in ihrem unteren Teil eine verhältnismäßig kleine Querschnittsfläche aufweisen, damit sich dort bei einer geringen Katalysatorverweilzeit das dichte Katalysatorbett aufbauen kann, weil der Katalysator dort am heißesten ist Der obere Teil der zweiten Aufnahmekammer weist eine große Querschnittsfläche auf, weil dadurch ein Mitreißen von Katalysator in den Scheider vor dem Regeneriergasausiaß verhindert wird

Bei der Bemessung der Regeneriervorrichtung ist folgendes zu beachten: Die Kontaktzeit zwischen dem erschöpften Katalysator und dem frischen Regeneriergas in der Aufnahmekammer für erschöpften Katalysator sollte etwa 5 bis 200 Sekunden betragen. In der Überführungsleitung soll die Kontaktzeit zwischen dem Katalysator und dem zu oxydierenden Kohlenmonoxyd etwa 2 bis 20 Sekunden betragen. Die Aufnahmekammer für den regenerierten Katalysator soll eine Verweilzeit des verbrauchten Regeneriergases von einigen bis zu 200 Sekunden ergeben. Wenn in das dichte Bett im unteren Teil der zweiten Aufnahmekammer ein Brenngas eingeführt wird, sollte die Kontaktzeit zwischen dem Katalysator und dem Brenngas etwa 2 bis 50 Sekunden betragen. In der Regel wird die Katalysatorverweilzeit im zweiten dichten Bett möglichst kurz gehalten, um zu verhindern, daß der Katalysator längere Zeit den dort herrschenden höheren Temperaturen ausgesetzt ist.

Als Werkstoffe für den Bau der Regeneriervorrichtung kommen insbesondere abriebsfeste und temperaturbeständige Metalle in Betracht, gegebenenfalls mit Auskleidungen. Die Aufnahmekammer für den erschöpften Katalysator soll Dauertemperaturen von

ίο 1033 Kelvin und kurzzeitig Spitzentemperaturen bis zu 1088 Kelvin oder 1143 Kelvin aushalten; Keramikauskleidungen sind geeignet. Die vertikale Überführungsleitung soll Temperaturen von durchschnittlich etwa 1033 Kelvin und Spitzentemperaturen bis zu 1113 KeI- vin oder 1143 Kelvin aushalten. Die Aufnahmekammer für den regenerierten Katalysator soll Dauertemperaturen von mindestens 1033 Kelvin und in vielen Fällen 1033 bis 1143 Kelvin aushalten. Die gesamte Regeneriervorrichtung wird für Drücke zwischen Atmosphä- rendruck (1,0 bar) und über 4,5 bar, vorzugsweise bis etwa 8,0 bar, ausgelegt. Bei dem erläuterten Umbau bereits vorhandener Regeneratoren, die meistens für Drücke von etwa 1,7 bis 3,8 bar ausgelegt sind, kann dies beibehalten werden.

Normalerweise werden als Katalysator-Regeneriergas-Scheider Zyklonscheider bekannter Bauart verwendet. Es können jeweils ein Zyklon oder aber mehrere parallel oder in Reihe geschaltete Zyklone am Überführungsleitungsauslaß und/oder am Auslaß für verbrauchtes Regeneriergas vorgesehen sein.

Als Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Regeneriervorrichtung sei genannt: Eine zylindrische Aüfnahmekammer für verbrauchten Katalysator mit einem Durchmesser von 3,65 m und einer Höhe von 6,10 m, an die eine 15,2 m lange senkrechte Überführungsleitung mit einem Durchmesser von 1,82 m anschließt Die Überführungsleitung mündet mit ihrem Auslaß in eine Aufnahmekammer für regenerierten Katalysator, die 18,29 m hoch ist und im unteren Teil einen Innendurchmesser von 3,66 m aufweist. Die vertikale Überführungsleitung verläuft mittig durch diese Aufnahmekammer für den regenerierten Katalysator. In einer Höhe 6,10 m über ihrem untersten Ende erweitert sich die Aufnahmekammer für regenerierten

«5 Katalysator auf einen Durchmesser von 6,10 m. Diese Regeneriervorrichtung kann 816 Tonnen erschöpften Katalysator pro Stunde regenerieren. In der Aufnahmekammer für den erschöpften Katalysator befindet sich ein dichtes Katalysatorbett mit einer Dichte von 160 kg/m³, in der vertikalen Überführungsleitung eine Gas-Katalysator-Phase mit einer Dichte von 32 kg/m³ und im unteren Teil der Aufnahmekammer für den regenerierten Katalysator ein dichtes Katalysatorbett mit einer Dichte zwischen 320 und 480 kg/m³.

In der Oberführungsleitung findet die CO-Nachverbrennung bei einer Katalysatordichte statt, die viel höher ist als die Katalysatordichten, die bei herkömmlichen Regeneriervorrichtungen im oberen Teil des Regenerators in Nähe der Abgaszyklone vorliegen. Die Katalysatordichte in der Uberführungsleitung liegt, je nach dem Regeneriergasdurchsatz und den Abmessungen der Überführungsleitung, im Bereich von etwa 24 bis über 128 kg/m³. Bei herkömmlichen Regeneriervorrichtungen und einem üblichen Zyklonwirkungsgrad

von 99% beträgt die Dichte in Nähe der Zyklone in der Regel höchstens etwa 14,5 kg/m³. Die bei der erfindungsgemäßen Regeneriervorrichtung etwa 2 bis lOmal höhere Katalysatordichte in der Oberführungsleitung,

wo die Nachverbrennung stattfindet, beseitigt die Probleme, die bei herkömmlichen Vorrichtungen aufgrund lokaler hoher Temperaturen infolge des Freiwerdens der Reaktionswärme der CO-Nachverbrennung auftreten, vollständig, da der gesamte Katalysator durch die UberfQhrungsleitung fließt und die Wärme aufnimmt und abführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

23 Patentansprüche:

1. Katalysatorregeneriervorrichtung zum Oxydieren von Koks auf einem teilchenförmigen erschöpften Katalysator, mit einer ersten Aufnahmekarnmer für ein dichtes Bett aus erschöpftem Katalysator, die einen Einlaß für frisches Regeneriergas in ilhrem unteren Abschnitt und einen Einlaß für erschöpften Katalysator aufweist, einer zweiten Aufnahmekammer für ein dichtes Katalysatorbett, die einen Auslaß zum Abzug von regeneriertem Katalysator aufweist und mit einem im oberen Abschnitt der Regeneriervorrichtung angeordneten Regeneriergasauslaß in Verbindung steht. Mitteln zur Oberführung von Katalysator von der ersten in die zweite Aufnalimekammer, einem im oberen Abschnitt der Regeneriervorrichtung befindlichen Verdünntphasenraum und gegebenenfalls einem im Vsrdünntphasenraum angeordneten, mit dem Regeneriergasauslaß verbundenen Scheider zur Abtrennung von mitgerissenem Katalysator aus dem verbrauchten Regeneriergas, gekennzeichnet durch eine erste Aufnahmekammer (1; 41; 134) mit einem oberen Auslaß (18; 58; UO) für regenerierten Katalysator und teilweise verbrauchtes, kohlenmonoxydhaltiges Regeneriergas, eine senkrecht angeordnete Leitung (2; 42; 101) zur Überführung von Katalysator und Regeneriergas von der ersten in die zweite Aufnahmekammer (3; 43; 106), wobei der untere Einlaß (18; 58; 110) der Überführungsleitung direkt zum Auslaß (18; 58; 110) der ersten Aufnahmekammer (1; 41; 134) überleitet und der obere AuslaDi (12, 12'; 52, 52'; 109) der Überführungsleitung in den Verdünntphasenraum (28; 71; 102) mündet, eine zwischen dem unteren Einiaß und dem oberen Auslaß der Leitung (2; 42; 101) liegende Verbrennungszone (19; 59; 107) und einen Verdünntphaisenraum (28; 71; 102) im oberen Abschnitt der zweiten Aufnahmekammer (3; 43; 106).

2. Katalysatorregeneriervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Scheider (70, 70') am oberen Auslaß (52,52') der Überführungsleitung (42), dessen Regeneriergasauslaß (68,68') in den Verdünntphasenraum (71) der zweiten Aufnahmekammer (43) mündet und dessen Katalysatorauslaß (69, 69') zu dem dichten Katalysatorbett (49) in der zweiten Aufnahmekammer (43) führt.

3. Katalysatorregeneriervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Brenngaseinlaß (13; 53; 111) in der Überführungsleitung (2; 42; 101).