DE2459879C3

DE2459879C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von Katalysatoren aus einer katalytischen Fluid- oder Wirbel schichtkrackung

Info

Publication number: DE2459879C3
Application number: DE2459879A
Authority: DE
Inventors: Algie James Downers Grove Conner; Daniel Des Plaines Dudych; Richard Paul Palatine Pulak; Willas Leon Arlington Heights Vermilion
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-12-18
Publication date: 1978-07-27
Also published as: AR207340A1; FI60403B; SE7416054L; FI367374A; BR7410887D0; NO142471B; FR2255948B1; PL99780B1; NO744700L; GB1486478A; FI60403C; DE2459879B2; FR2255948A1; EG11686A; AU7676574A; NO142471C; DE2459879A1; CS216826B2; SE403573B; IT1026076B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Katalysatoren aus einer katalytischer! Fluid- oder Wirbelschichtkrackung, bei dem

(a) verbrauchter kokshaltiger Katalysator und sauerstoffhaltiges frisches Regenerationsgas kontinuierlich in eine Koksverbrennungszone, die ein erstes dichtes Katalysatorbett enthält, geleitet und dort durch Abbrennen von Koks vom Katalysator ein regenerierte- Katalysator und teilweise verbrauchtes Regenerationsgas, das Kohlenmonoxyd enthält, erzeugt werden,

(b) der regenerierte Katalysator und das teilweise verbrauchte Regenerationsgas durch eine Kohlenmonoxydumwandlungszone geleitet und dort durch Nachverbrennung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd verbrauchtes Regenerationsgas und regenerierter Katalysator von höherer Temperatur erzeugt werden,

(c) der regenerierte Katalysator höherer Temperatur von dem verbrauchten Regenerationsgas abgetrennt und in eine Sammelzone geleitet wird, die mindestens ein weiteres dichtes Katalysatorbett enthält, in dem Katalysator heißer ist als Katalysator in dem ersten dichten Katalysatorbett, und

(d) regenerierter Katalysator höherer Temperatur von der Sammelzone zu einer Reaktionszone für die Fluid- oder Wirbelschichtkrackung zurückgeleitet wird,

sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei den meisten Regenerationsverfahren erfolgt das Abbrennen des Kokses von dem verbrauchten Katalysator in einem Regenerator mit einem oder mehreren dichten Katalysatorbetten, die sich im unteren Abschnitt eines Regenerationsgefäßes befinden, wobei ein großer Absetzraum für eine verdünnte Katalysatorphase über dem dichten Katalysatorbett vorhanden ist. Das dichte Katalysatorbett wird durch Begrenzung der Oberflächen- oder Le^rraumgeschwindigkeit (nachstehend als Leerraumgeschwindigkeit bezeichnet) des eintretenden frischen Regenerationsgases im Bodenabschnitt des Regenerationsgefäßes gehalten. Meist wird mit Geschwindigkeiten von weniger als 0,9 m/Sekunde und gewöhnlich 0,45 bis 0,75 m/Sekunde gearbeitet. Katalysatorteilchen, die mit dem das dichte Katalysatorbett verlassenden Abgas mitgerissen werden, werden zurückgewonnen, indem man das Abgas durch in dem Absetzraum angeordnete Zyklone leitet und den abgetrennten Katalysator in das dichte Katalysatorbett zurückführt. Die mittlere Verweilzeit des Katalysators in dem Regenerator, je Durchgang, beträgt etwa 2 bis 5 Minuten. Die Verweilzeit des Gases beträgt im allgemeinen 10 bis 20 Sekunden. Der gesamte regenerierte Katalysator wird direkt zu der Reaktionszone zurückgeführt.

Die meisten herkömmlichen Regeneratoren arbeiten so, daß eine weitgehende oder vollständige Verbrennung des durch die Koksoxydation gebildeten Kohlen- ι monoxyds verhindert wird, Dies erfolgt gewöhnlich durch Regelung des in die Regenerationszone eingelührten sauerstoffhaltigen Gasstroms nach Maßgabe der Temperaturdifferenz zwischen dem Abgas und dem dichten Katalysatorbett, um hierdurch die Menge an < überschüssigem Sauerstoff in dem Regenerator so gering wie möglich zu halten; die CO-Nachverbrennung wird hierdurch unterdrückt.

Es ist auch bekannt (US-PS 32 90 241), bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur katalytischen Kohlenwasserstoffumwandlung mit gekoppelter Regeneration des Katalysators und anschließender Katalysatorabstreifung einen im wesentlichen den vorausgehend erläuterten Gesichtspunkten entsprechenden, üblichen Katalysatorregenerator am Kopf eines üblichen Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktors anzuordnen. Der Regenerator enthält ein einziges dichtes Katalysatorbett mit einer darüber befindlichen verdünnten Phase, in der Zyklonabscheider angeordnet sind, und der regenerierte Katalysator wird aus dem dichten Bett des Regenerators zu dem dichten Bett des darunterliegenden Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktors zurückgeleitet. Dieses bekannte Verfahren bzw. diese bekannte Vorrichtung sind nicht zu einer weitgehenden oder vollständigen Nachverbrennung des Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd innerhalb des Regenerators, jedenfalls nicht in einer einwandfrei beherrschten Weise ¹ ohne Gefährdung der Regenerationsvorrichtung, in der Lage.

Entsprechendes gilt für eine wekero bekannte katalytische Krackvorrichtung (US-PS 36 77 715), bei der die Kohlenwasserstoffkrackung in einem Steigrohrreaktor durchgeführt, das Katalysator-Kohlenwasserstoffdämpfe-Gemisch dann in Zyklonabscheidern getrennt, der abgetrennte Katalysator in ein dichtes Katalysatorbett zurückgeleitet, weitere zu krackende Kohlenwasserstoffbeschickung in das dichte Bett eingespeist und der zu regenerierende Katalysator vom Boden dieses der weiteren Kohlenwasserstoffumsetzung dienenden dichten Katalysatorbettes zu einem Regenerator abgezogen wird. Besondere Angaben über die Katalysatorregeneration oder die dafür zu verwendende Vorrichtung finden sich nicht.

Es ist vor kurzem auch bekanntgeworden (DE-AS 23 26 072), eine Nachverbrennung des durch die Koksverbrennung gebildeten Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd innerhalb des Regenerators he-beizuführen. Dieses bekannte Verfahren arbeitet nach der eingangs angegebenen Betriebsweise mit den aufgeführten Maßnahmen (a) bis (d). Die zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Regenerationsvorrichtung umfaßt insbesondere eine Verbrennungskammer mit einem dichten Katalysatorbett für die Koksverbrennung, im Anschluß daran ein mit verdünnter Phase arbeitendes Fördersteigrohr, in dem die CO-Verbrennung vollendet wird, und danach eine Sammelkammer mit einem zweiten dichten Katalysatorbett, in der regenerierter Katalysator für die Rückführung zu dem katalytischen Fluidkrackreaktor gesammelt wird. Diese bekannte Arbeitsweise bzw. Vorrichtung führt zwar zu einer weitgehenden Nachverbrennung des durch die Koksox'dation gebildeten Kohlenmonoxyds, sie hat sich aber in einigen Gesichtspunkten nicht als so günstig erwiesen, wie man uryprünglich gedacht hatte Es hat sich als schwierig herausgestellt, die Temperatur der die Koksabbrennzone bildenden Verbrennungskammer einwandfrei zu steuern, und dies hat auch die Wirksamkeit der CO-Nachverbrennung in dem Fördersteigrohr beeinträchtigt,

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß eine Rückführung eines Teils des heißen regenerierten Katalysators zu der Verbrennungskammer, also eine Rückführung innerhalb der Regenerationsvorrichtung selbst, zu wesentlichen Verbesserungen führt.

Der Erfindung lag demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorstehend aneeeebenen Art zu

schaffen, das nicht die vorstehend erläuterten und ähnliche Mangel der bekannten Arbeitsweise aufweist, eine einwandfreie Steuerung der Temperatur der als Koksabbrennzone dienenden Verbrennungskammer gestattet, in Verbindung damit Verbesserungen hinsichtlich der Umsetzung bei der Koksoxydation, des Restkoksgehaltes des regenerierten Katalysators, des Ausmaßes der CO-Nachverbrennung, der CO-Konzentration im Abgas, der Temperatur des zu der Reaktionszone zurückgeleiteten Anteils des Katalysators und damit einhergehender Gesichtspunkte mit sich bringt und trotzdem einfach, betriebssicher und wirtschaftlich durchzuführen ist. In Verbindung damit ist weiterhin Aufgabe der Erfindung die Angabe einer /ur Durchführung des Verfahrens geeigneten verbesserten Regenerations vorrichtung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung /um einen ein Verfahren zum Regenerieren von Katalysatoren aus einer katalytischer! Fluid- oder Wirbelscliichtkrackung. bei dem

(a) verbrauchter kokshaltiger Katalysator und sauerstoffhaltiges frisches Regencrationsgas kontinuierlich in eine Koksverbrennungszone, die cm erstes dichtes Katalysatorbett enthält, geleitet und dort durch Abbrennen von Koks vom Katalysator ein regenerierter Katalysator und teilweise verbrauchtes Regenerationsgas, das Kohlenmonoxyd enthält, erzeugt werden.

(b) der regenerierte Katalysator und das teilweise verbrauchte Regencrationsgas durch eine Kohlenmunoxvdumwandlungszone geleitet und dort durch Nachverbrennung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd verbrauchtes Regencrationsgas und regenerierter Katalysator von höherer Temperatur erzeugt werden.

(c) der regenerierte Katalysator höherer Temperatur von dem verbrauchten Regenerationsgas abgetrennt und in eine Sammelzone geleitet wird, die mindestens ein weiteres dichtes Katalysatorbett enthält, in dein Katalysator heißer ist als Katalysator in dem ersten dichten Katalysatorbett, und

(d) regenerierter Katalysator höherer Temperatur von der Sammelzone zu einer Reaktionszone für die Fluid- oder Wirbelschichtkrackung zurückgeleitet wird.

welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist. daß man einen Teil des regenerierten Katalysators höherer Temperatur von der Sammelzone zu der Koksverbrennungszone zurückführt.

Zur Durchführung dieses Verfahrens ist Gegenstand der Erfindung ferner eine Vorrichtung gemäß den obigen Patentansprüchen 4-8.

Die erfindungsgemäß vorgeschriebene Arbeitsweise und die dafür vorgesehene Vorrichtung gestatten in einfacher und — wie auch durch das spätere Beispiel mit Vergleichsuntersuchungen belegt wird — vorteilhafter Weise eine einwandfreie Beherrschung und Steuerung der Temperatur in der Verbrennungskammer und der Umsetzung bei der Koksoxydation. Die erhöhte Umsetzung oder Reaktionsgeschwindigkeit und Katalysatorverweilzeit führen zu regeneriertem Katalysator mit geringeren Restkoksgehalten. Weiterhin wird auch die CO-Verbrenr.ung in der CO-Umwandlungszone infolge der höheren Einlaßtemperatur gesteigert, so daß niedrigere CO-Konzentrationen am Auslaß der CO-I Imwandlungszone erzieh werden. Dies bedeutet eine bessere Energieausniitzung im Regenerationsverfahrcn selbst und eine Verringerung von Problemen der Umweltverschmutzung. Ferner wird der Anteil des regenerierten Katalysators, der nicht im Regenerationsverfahren selbst zu der Verbrennungskammer zurückgeführt sondern zu der Kohlenwasserstoffumsetzungszone zurückgeleitet wird, mit einer höheren Temperatur zu der Umselzungszone geleitet, was eine geringere Vorerhitzung der Beschickung gestattet und damit den diesbezüglichen betrieblichen Aufwand verringert und insgesamt zu einer Verbesserung auch der Umsetzimg in der Kohlenwasserstoffrcaktions/onc führt

Die Erfindung wird nachstehend anhand der /eich nung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausfiih riingsform weiter erläutert. Die dargestellte Ausfiih riingsform der Vorrichtung eignet sich insbesondere für den Umbau herkömmlicher Regeneratoren, sie kann aber auch bei neu erstellten Anlagen Anwendung finden.

Die Durchführung des Rcgenerationsverfahrens erfolgt in einer Vorrichtung, die folgende Hauptabschnitte umfaßt: Eine Koksverbrennungszone. gebildet von der Kammer I; eine CO-Umwandlungszone. gebildet von der Übcrführungsleitung 3: eine Samtnelzone für regenerierten Katalysator, gebildet von der Kammer 2: eine Katalysatorrückführeinrichtung. hier in Form einer Pückführlcilung6.

Verbrauchter Katalysator, der von der Rcaktions/o ne der Fluidkrackung kommt, und frisches Regenerationsgas werden in die Verbrennungskammer 1 durch die Leitungen 7 bzw. 10 eingeführt. Die Verbrennungskammer 1 enthält ein dichtes Katalysatorbett 4 mit der oberen Grenzfläche 8.

Normalerweise wird das frische Regenerationsgas durch einen Verteiler ti eingeführt. Die Verbrennung des Kokses auf dem Katalysator erfolgt in dem dichten Katalysatorbett 4, wobei teilweise verbrauchtes Regenerationsgas und regenerierter Katalysator gebildet werden.

Das teilweise verbrauchte Regencrationsgas und der regenerierte Katalysator fließen von der Verbrennungskammer 1 in die Überführungsleitung 3. In der Überführungsleitung 3 findet die im wesentlichen vollständige Nachverbrennung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd statt, wobei verbrauchtes Regenerationsgas gebildet wird. Mindestens ein Teil der Wärme aus der Verbrennung des Kohlenmonoxyds wird dabei auf den durch diese Kohlenmonoxydumwandlungszone fließenden regenerierten Katalysator übertragen.

Die Überführungsleitung 3 umfaßt einen im wesent¹·- chen senkrechten Abschnitt 3A und einen im wesentlichen waagerechten Abschnit 3ß, die etwa rechtwinklig miteinander verbunden sind. Der Innenraum der Überführungsleitung ist mit 3C bezeichnet Der untere Einlaß 9 des Abschnitts 3/4 ist gleichzeitig der Auslaß der Verbrennungskammer 1.

Das durch den Abschnitt 3Λ der Überführungsleitung 3 fließende Gemisch aus Regenerationsgas und regeneriertem Katalysator wird in etwa rechtem Winkel in den im wesentlichen waagerechten Abschnitt 3ßder Überführungsleitung 3 umgeleitet Der Abschnitt 35 erstreckt sich bis in die Seitenwandung der Sammelkammer 2. Der Auslaß 16 des Abschnitts 3ß besteht aus einer oder mehreren öffnungen, so daß Katalysator und Regenerationsgas aus der Überführungsleitung 3 in die Sammeikammer 2 einfließen.

Am oberen Ende des senkrechten Abschnitts 34 ist

cine Kappe 3D so angeordnet, daß sich noch ein Stück des senkrechten Abschnitts oberhalb des oberen Randes des waagerechten Abschnitts 3ß befindet. Dies ergibt einen Raum, der sich mit Katalysator und Gas auffüllt, und damit ein Kissen, das Abrieb verhindert, wenn die Katalysatorteilchen aus dem senkrechten in den waagerechten Abschnitt der Überführungsleimng umgelenkt wnrden.

Gegebenenfalls kann von außen ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff, /. B. Hei/gas oder Kohlenwasserstoffe, in den Raum 3C'der ÜberführungsleitiiPf; 3 durch den F.inlaß 12 mit dem Verteiler 13 eingeführt werden, /. n. beim Anfahren, um die Temperatur in dem Raum 3C zur Einleitung der C'O-Oxydation hinreichend zu erhöhen, oder um die 'Temperatur der durch die IJberführungsleitung 3 fließenden Katalysatorteilchen über die Temperatur hinaus zu steigern, die durch CO-Verbrennung allein erreicht werden kann. Gegebenenfalls kann auch zusätzlicher gasförmiger oder flüssiger Brennstoff aus einem oder mehreren der vorstehend angegebenen Gründe in die Verbrennungskammer 1 eingeführt werden.

Gegebenenfalls kann fertier zusätzliches frisches Regenerationsgas in den Raum 3C'durch den Einlaß 14 mit dem Verteiler 15 eingeführt werden, um zusätzlichen Sauerstoff zur Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffs oder zur Vervollständigung der Verbrennung von CO in die Überführungsleitung 3 zu liefern.

Die .Sammelkammer 2 für regenerierten Katalysator enthält einen Absetzraum 17, in dem sich eine verdünn··;, vergleichsweise wenig Katalysator enthaltende Gas-Feststoff-Phase befindet, in ihrem oberen Abschnitt; dort sind auch Zyklonabscheider angeordnet. Weiterhin befindet sich ein dichtes Bett 5 aus regeneriertem Katalysator, dessen obere Grenzfläche mit 26 bezeichnet ist, im unteren Abschnitt der Sammelkammer. Die Sammelkammer 2 kann gleich oder ähnlich den herkömmlich verwendeten Einbehälter-Regeneratoren ausgebildet sein. Das Verfahren der Erfindung kann durchgeführt werden, indem man einen herkömmlichen Regenerator als Sammelkammer für regenerierten Katalysator benutzt und eine Verbrennungskammer, eine Überführungsleitung und eine Rückführeinrichtung für regenerierten Katalysator nach den Vorschriften der Erfindung hinzubaut.

Der im wesentlichen waagerechte Abschnitt 3ß der Überführungsleitung 3 mündet in den Absetzraum 17, sein Auslaß 16 befindet sich oberhalb der Grenzfläche 26 des dichten Katalysatorbetts 5. Der Auslaß 16 kann in der dargestellten Weise einfach in den Absetzraum münden oder an parallel oder hintereinander geschaltete Zyklonabscheider angeschlossen sein. Jedenfalls schließt sich an den Auslaß 16 eine Katalysator-Regenerationsgas-Trennzone an. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Kombination von Absetzraum 17 und Zyklonabscheidern 19 und 23 vorgesehen. Eine Leitplatte 18 richtet den Strom aus Katalysator und Gas vom Auslaß 16 abwärts in das Gefäß. Verbrauchtes Regenerationsgas fließt durch den Zyklonabscheider 19 mit dem Einlaß 20 und dann durch die Leitung 22 in den ι Zyklonabscheider 23. Der abgetrennte Katalysator fließt durch Fallrohre 21 bzw. 25 in das dichte Katalysatorbett 5. Das verbrauchte Regenerationsgas strömt durch den Auslaß 24 ab.

Diese Zyklonanordnung gestattet eine Verwendung , der in einem bereits vorhandenen Regenerator befindlichen Zyklone in ihrer ursprünglichen Ausbildung und Anordnung, so daß die Umbauten, die zur Umstellung eines bereits vorhandenen Regenerators auf das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung erforderlich sind, wesentlich vereinfacht werden.

Die Gründe für die Ausbildung der Überführungsleitung 3 mit einem im wesentlichen senkrechten und einem im wesentlichen waagerechten Abschnitt und für die Einführung des waagerechten Abschnitts in die Seite der Sammelkammer 2 liegen insbesondere darin, daß hierdurch bereits vorhandene Einbehälter-Regenerationsvorrichtungen ohen Veränderung ihrer ursprünglichen räumlichen Lage als Sammelkammer für regenerierten Katalysator nach den Regeln der Erfindung benutzt werden können. Die bringt wesentliche Einsparungen an Baukosten mit sich.

Die Sammelkammer 2 ist in bezug auf die Verbrennungskammer 1 so angeordnet, daß sich mindestens ein Teil des dichten Katalysalorbctts 5 der .Sammelkammer oberhalb des dichten Katalysatorbetts 4 der Verbrennungskammer befindet: die Höhendifferenz gewährleistet den Fluß von heißem regeneriertem Katalysator von der Sammelkammer zu der Verbrennungskammer.

Das dichte Katalysatorbett 5 in der Sammelkammer 2 bewirkt zum einen eine Abdichtung und zum anderen eine genügende Feststoffteilchensäule zur Gewährleistung eines einwandfreien Flusses des regenerierten Katalysators nur in der einen Richtung von der Sammelkammer 2 zu der Verbrennungskammer 1 und zu der nicht dargestellten Reaktionszone der Fluidkrakkung. Gewünschtenfalls kann der regenerierte Katalysator im Gegenstrom von adsorbiertem und in den Teilchenzwischenräumen befindlichem Regenerationsgas freigespült werden, indem man ihn in einer Abstreifzone 27 über Leitplatten 28 führt und ein Ausspülmittel durch die Leitung 29 in die Abstreifzone einleitet. Als Ausspülmittel wird im allgemeinen überhitzter Wasserdampf verwendet.

Ein Teil des heißen regenerierten Katalysators wird aus der Sammelkammer 2 durch die Rückführleitung 6 mit dem Ventil 31, die gegebenenfalls mit einem Einflußtrichter 30 versehen sein kann, zu der Verbrennungskammer 1 zurückgeführt, um die in der Verbrennungskammer herrschende Temperatur und die Koksoxydation zu steuern. Als Ventil 31 wird gewöhnlich ein Schieberventil verwendet und dieses kann durch einen auf die Temperatur in der Koksverbrennungszone ansprechenden Regler betätigt werden. Die Rückführleitung 6 kann aus mehreren Leitungen mit oder ohne Ventilen bestehen und allgemein von irgendeiner Einrichtung gebildet werden, die in der Lage ist. Katalysator in gesteuerter Menge/Zeit von der Sammilkammer 2 zu der Verbrennungskammer 1 zu leiten.

Der Rest des Katalysators wird aus der Sammelkammer 2 durch die Leitung 32 mit dem Ventil 33. normalerweise ein Schieberventü, zu der Reaktionszone für die Fluidkrackung zurückgeleitet.

Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung befindet sich die Sammelkammer senkrecht oberhalb der Koksverbrennungskammer und der Überführungsleitung. d. h. der CO-Oxydationszone. Dabei erstreckt sich die Überführungsleitung durch den Boden in die Sammelkammer. Vorzugsweise ist der Auslaß der Überführungsleitung direkt an den Einlaß eines Zyklons angeschlossen. Heißer regenerierter Katalysator befindet sich im dichten Bett am Boden der Sarnrnelkammer. Die Einrichtungen zur äußeren Rückführung des Katalysators können gleich oder ähnlich sein wie bei der

vorstehend anhand der Zeichnung erläuterten Ausführungsform, d. h. eine gegebenenfalls mit einem Einlauftrichter versehene und ein Durchflußregelventil aufweisene Rückführleitung führt heißen Katalysator aus dem in der Sammelkammer befindlichen dichten Katalysatorbett zu der Verbrennungskammer zurück. Auch hier können natürlich Hinrichtungen zur Wasserdampfausspülung des regenerierten Katalysators vorgesehen werden. Bei diesei' alternativen Ausführungsform, bei der sich die Sammelkammer senkrecht über der Verbrennungskammer befindet, ist natürlich keine rechtwinklige Biegung im Mittelabschnitt der Überführungsleitung vorhanden. Statt dessen besteht die CO-Umwandlungszone aus einer im wesentlichen senkrechten Überführungsleitung, wobei der Katalysator und das Gas am Auslaß der CO-Umwandlungszone eine rechtwinklige Richtungsänderung zum Eintritt in den Zyklonabscheider erfahren können.

Der Ausdruck »verbrauchter Katalysator« bezeichnet Katalysator, der wegen verringerter Aktivität infolge Koksablagerungen von der Reaktionszone der Fluidkrackung abgezogen worden ist. Er enthält einige Zehntel bis zu etwa 5 Gewichtsprozent normalerweise etwa 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Koks.

»Regenerierter Katalysator« ist Katalysator, von dem die Hauptmenge des Kokses abgebrannt worden ist. Der bei dem Verfahren der Erfindung anfallende regenerierte Katalysator enthält normalerweise etwa 0,01 bis 0,20 Gewichtsprozent und insbesondere etwa 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent Koks.

Unter »Regenerationsgas« sind jegliche Gase zu verstehen, die mit dem Katalysator in dem Regenerationsverfahren in Berührung treten und den zur Koksoxydation erforderlichen Sauerstoff enthalten; hierzu gehören insbesondere Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder einen Sauerstoffunterschuß aufweisende Luft. »Teilweise verbrauchtes Regenerationsgas« ist das Gas, das mit dem Katalysator in Berührung gestanden hat und nunmehr eine verringerte Menge an freiem Sauerstoff, verglichen mit dem »frischen Regenerationsgas«, enthält. Normalerweise enthält das teilweise verbrauchte Regenerationsgas Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd.

Unter »im wesentlichen vollständiger Verbrennung von Kohlenmonoxyd« ist zu verstehen, daß der CO-Gehalt des abfließenden Gases weniger als etwa 2000 Teile je Million und im allgemeinen weniger als etwa 500 Teile je Million beträgt.

»Verbrauchtes Regnerationsgas« ist das Regenerationsgas, das aus dem Regenerationsprozeß abfließt; es enthält weniger als etwa 2000 und im allgemeinen weniger als etwa 500 Teile je Million Kohlenmonoxyd sowie Kohlendioxyd, Stickstoff, Wasserdampf und einige Zehntel bis zu etwa 15 Molprozent freien Sauerstoff.

Sowohl die Koksverbrennungszone als auch die Katalysatorsammeizone kann gegenenenfalls mehrere dichte Katalysatorbetten enthalten.

Bei dem Verfahren der Erfindung wird der verbrauchte Katalysator bis herunter auf einen sehr geringen Restkoksgehalt regeneriert und das dabei gebildete Kohlenmonoxyd wird annähernd vollständig zu Kohlendioxyd verbrannt In der Kohlenmonoxydumwandlungszone wird mindestens ein Teil der Wärme aus der CO-Verbrennung auf den Katalysator übertragen. Die Verweilzeit des Katalysators in der Kohlenmoiioxydumwandlungszone ist hinreichend kurz, um eine weitere wesentliche Oxydation des restlichen Kokses und eine zusätzliche Bilduri.' von Kohlenmonoxyd auszuschließen. Durch die Rückführung eines Teils des heißen regenerierten Katalysators von der Sammelkammer zu der Verbrennungskammer werden die Verbrennungskammertemperatur, die Koksoxydationsgeschwindigkeit und die Oxydation von CO in der CO-Umwandlungszone erhöht. Dies ermöglicht die Verwendung einer kleineren Vorrichtung bei gleicher Leistung bzw. eine höhere Leistung bei gleicher Vorrichtungsgröße. Die Rückführung von gegenüber dem üblichen heißerem regenierten Katalysator zu der Reaktionszone für die Fluidkrackung verringert die an die Beschickungsvorerhitzung der Fluidkrackung zu stellenden Anforderungen. Ferner macht es die Trennung der Koksoxydation von der CO-Oxydation möglich, regenerierten Katalysator mit einem geringeren Restkoksgchalt und damit höherer Aktivität zu erzeugen. Bekanntlich hat der Restkoksgehalt des regenerierten Katalysators einen großen Einfluß auf die in der Krackreaktionszone erzielte Umwandlung und Produktausbeuteverteilung, insbesondere wenn koksempfindliche zeolithhaltige Katalysatoren in mit kurzer Berührungszeit und verdünnter Phase arbeitenden Reaktionszonen verwendet werden.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung werden Drücke im Bereich von etwa Atmosphärendruck bis 4,4 Atm abs., vorzugsweise etwa 1,7 bis 3,7 Atm, eingehalten.

Bevorzugte Betriebsbedingungen für die Verbrennungskammer sind eine Katalysatorverweilzeit, bei einmaligem Durchgang, von weniger als etwa 2 Minuten, eine Temperatur von etwa 675 bis 760"C, eine Leerraum-Gasgeschwindigkeit von etwa 0,9 bis 3 m/Sekunde und eine Regenerationsgas-Verweilzeit von weniger als 10 Sekunden. Die Menge des von der Sammelkammer zu der Verbrennungskammer zurückgeführten Katalysators sollte etwa 5 bis 150%, bezogen auf die Menge des in die Verbrennungskammer eintretenden verbrauchten Katalysators, und vorzugsweise etwa 25 bis 100% betragen.

Bevorzugte Betriebsbedingungen für die CO-Umwandlungszone sind eine Temperatur von etwa 690 bis 775°C und eine Leerraum-Gasgeschwindigkeit von etwa 3 bis 7,5 m/Sekunde.

Zur Abtrennung des regenerierten Katalysators von dem Gas kann ein einziger Zyklon benutzt werden, vorzugsweise werden jedoch zwei oder mehrere Zyklone in Parallel- oder Reihenschaltung benutzt.

Beispiel mit Vergleichsuntersuchungen

Das nachstehende Beispiel veranschaulicht eine v> Reihe der Vorteile, die durch die Rückführung von heißem regeneriertem Katalysator von der Sammelkammer zu der Verbrennungskammer erzielt werden. Die in der Tabelle angegebenen Daten stammen aus in technischem Maßstab durchgeführten Regenerationen bo bei einer technischen katalytischen Fluidkrackanlage, einerseits erfindungsgemäß mit und andererseits, zum Vergleich, ohne die Rückführung von regeneriertem Katalysator. Die Vergleichsuntersuchungen entsprechen praktisch der Arbeitsweise gemäß der den nächstem Stand der Technik bildenden DT-AS 2J· 26 072. Dabei wurde, abgesehen von den erfindungsgemäß bedingten Unterschieden, bei praktisch übereinstimmenden Bedingungen gearbeitet

Bedingungen und Ergebnisse bei der Regeneration

Vergleich

Erfindung

Rückführung von regeneriertem nein ja

Katalysator bei der Regeneration

Temperatur in der Krack- 520 518

reaktionszone, ⁰C

Umwandlung in der Krack- 74,0 76,5

reaktionszone, Vol.-%

Temperaturen im
Regenerationsverfahren,

Koksverbrennungskammer	629	674
CO-Umwandlungszone, Einlaß	653	699
CO Umwandlungszone,	728	745
Auslaß
Sammelkamnier	706	743
Verbrauchte^ Regenerations	791	759
gas
Leerraumgeschwindigkeit in der	1,0	1,1
Verbrennungskammer,
m/Sekunde
Dichte des dichten Bettes in der	0,096	0,104
Verbrennungskammer, kg/l
Kohlenstoffgehalt des regene	0,14	0,04
rierten Katalysators, Gew.-%
Hilfsbrennöl, Liter/Stunde	260	0
Analyse des verbrauchten
Regenerationsgases
CO. Molteile je Million	1520	60
CO2, Mol-%	15,9	16,0
O2, Mol-%	0,3	1,6

Die Wirkungen der Rückführung von regeneriertem Katalysator von der Sammelkammer zu der Koksverbrennungskammer sind insbesondere: Höhere Temperaturen in der Koksverbrennungskammer, in der CO-Umwandlungszone und in der Sammelkammer für regenerierten Katalysator, höhere Dichte des Katalysatorbetts in der Koksverbrennungskammer und eine geringere Menge an Restkoks auf dem regenerierten Katalysator infolge der rascheren und besseren Koksoxydation.

Wie aus den Tabellenwerten hervorgeht, liegen beträchtliche Unterschiede der Temperaturen vor. Bei der erfindungsgemäßen Betriebsweise ergeben sich in der Koksverbrennungskammer und am E.ila3 der CC-Umwandlungszone jeweils um etv,a 45⁰C höhere Temperaturen. Die Temperatur am Auslaß der CO-Umwandlungszone ist um 17⁰C höher und die Temperatur der Sammelkammer für regenerierten Katalysator ist um 37°C höher. Andererseits ist die Temperatur des Abgases, d. h. des verbrauchten Regenerationsgases, um 32^C niedriger.

Infolge der höheren Verbrennungskammertemperatur und der resultierenden rascheren Koksoxydation nahm die Menge an Restkoks auf dem regenerierten Katalysator von 0,14 Gewichtsprozent bei dem Vergleichsversuch auf 0,04 Gewichtsprozent bei der Betriebsweise der Erfindung ab. Dies ist eine wesentliche Verbesserung. Die Dichte des dichten Katalysatorbetts in der Verbrennungskammer nahm um etwa 8% zu.

Infolge der durch die höheren Temperaturen bewirkten rascheren CO-O.xidation in der CO-Umwandlungszone nahm die CO-Konzentration im Abgas von 1520 Teile je Million bei dem Vergleichsversuch auf nur 60 Teile je Million bei der Betriebsweise der Erfindung ab. Dies ist ebenfalls eine einschneidende Verbesserung und beseitigt Probleme der Luftverschmutzung. Die niedrigere CO-Konzentration ist begleitet von einer niedrigeren Temperaturdifferenz zwischen dem Auslaß der CO-Umwandlungszone und dem verbrauchten Regenerationsgas, die eine geringere CO-Verbrennung nach dem Austritt aus der CO-Um wandlungszone und damit eine bessere Energieausnutzung im Verfahren selbst anzeigt. Die Rückführung von regeneriertem Katalysator bewirkte weiterhin eine solche Steigerung der Temperaturen in der Koksverbrennungskammer und der CO-Umwandlungszone durch verfahrenseigene Wanne selbst, daß die Zufuhr von Hilfsbrennöl nach Aufnahme der Rückführung von regeneriertem Katalysator völlig eingestellt werden konnte. Überdies war der Gesamtbetrieb bei Anwendung der Katalysatorrückführung gleichmäßige, und stabiler als bei der Betriebsweise ohne Katalysatorrückführung. Es wird somit insgesamt eine sehr wesentliche technische Verbesserung erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regenerieren von Katalysatoren aus einer katalytischen Fluid- oder Wirbelschichtkrackung, bei dem

(a) verbrauchter kokshaltiger Katalysator und sauerstoffhaltiges frisches Regenerationsgas kontinuierlich in eine Koksverbrennungszone, die ein erstes dichtes Katalysatorbett enthält, geleitet und dort durch Abbrennen von Koks vom Katalysator ein regenerierter Katalysator und teilweise verbrauchtes Regenerationsgas, das Kohlenmonoxyd enthält, erzeugt werden,

(b) der regenerierte Katalysator und das teilweise verbrauchte Regenerationsgas durch eine Kohlenmonoxydumwandlungszone geleitet und dort durch Nachverbrennung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd verbrauchtes Regenerationsgas uad regenerierter Katalysator von höherer Temperatur erzeugt werden,

(d) regenerierter Katalysator höherer Temperatur von der Sammelzone zu einer Reaktionszone für die F.'-iid- oder Wirbelschichtkrackung zurückgeleitet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des regenerierten Katalysators nöherer Temperatur von der Sammelzone zu der Koksverbrennungszone zurückführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Steuerung der Rückführung des regenerierten Katalysators höherer Temperatur von der Sammelzone zu der Koksverbrennungszone die Temperatur in der Koksverbrennungszone regelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den regenerierten Katalysator höherer Temperatur von der Sammelzone zu der Koksverbrennungszone in einer Menge von etwa 5 bis 150%, bezogen auf die Menge des in die Koksverbrennungszone eintretenden verbrauchten Katalysators, zurückführt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 -3 mit

(a) einer Verbrennungskammer mit einem darin befindlichen dichten Katalysatorbett, einem Einlaß für verbrauchten Katalysator, einem Einlaß für frisches Regenerationsgas und einem Verbrennungskammerauslaß für regenerierten Katalysator und Regenerationsgas,

(b) einer im wesentlichen senkrechten Überführungsleitung, deren Einlaß mit dem Verbrennungskammerauslaß verbunden ist, und

(c) einer Sammelkammer mit einem Einlaß, der mit dem Auslaß der Überführungsleitung verbunden ist, einem darin befindlichen dichten Bett aus regeneriertem Katalysator, einem Auslaß für regenerierten Katalysator und einem Auslaß für verbrauchtes Regenerationsgas, wobei die Sammelkammer oberhalb der Verbrennungskammer derart angeordnet ist, daß sieb das dichte Bett in der Sammelkammer oberhalb des dichten Bettes in der Verbrennungskammer befindet,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (1) einen Einlaß für regenerierten Katalysator aufweist, die Überführungsleitung (3) aus einem im wesentlichen senkrechten Abschnitt (3A), dessen Einlaß (9) mit dem Verbrennungskammerauslaß verbunden ist, und einem waagerechten Abschnitt (3SJ dessen Auslaß (16) mit dem Einlaß der Sammelkammer (2) verbunden ist, besteht, der Einlaß der Sammelkammer (2) seitlich an der Sammelkammer angeordnet ist, und eine Rückführleitung (6) für regenerierten Katalysator von der Sammelkammer (2) direkt zu der Verbrennungskammer (1) führt.

5. Vorrichtung zur Durchführung dei Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 —3 mit

(b) einer Überführungsleitung, die an ihrem unteren Ende einen mit dem Verbrennungskammerauslaß verbundenen Einlaß aufweist und sich bis zu einem in eine Sammelkammer mündenden Auslaß senkrecht aufwäi is erstreckt, und

(c) einer Sammelkammer mit einem darin befindlichen dichten Katalysatorbett, einem Auslaß für regenerierten Katalysator und einem Auslaß für verbrauchtes Regenerationsgas,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (1) einen Einlaß für regenerierten Katalysator aufweist und eine äußere Rückführleitung (6) für regenerierten Katalysator von der Sammelkammer (2) zu der Verbrennungskammer (1) führt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (6) für regenerierten Katalysator außerhalb der Sammelkammer (2) und der Verbrennungskammer (1) verläuft.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 — 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (6) eine Durchflußregeleinrichtung (31) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (2) in ihrem Bodenabschnitt eine Abstreifvorrichtung (27) für regenerierten Katalysator aufweist, die konzentrisch mit der Sammelkammer (2) angeordnet ist.