DE2638497C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Regelung eines katalytischen Fluidcracksystems. Insbesondere betrifft die Erfindung die geregelte Vorerwärmung des Ölzufuhrstroms; ferner kann ein variabler Wiederumlauf von regeneriertem zu verbrauchtem Katalysator in den Regenerator erfolgen.

Die katalytische Fluidcracken von Erdölfraktionen ist ein bekannter Raffiniervorgang. Die katalytische Crackvorrichtung an sich enthält einen Katalysatorabschnitt, der in einen Reaktorabschnitt unterteilt ist, wo das katalytische Cracken erfolgt, in Verbindung mit einem Regeneratorabschnitt, wo Koks abgebrannt wird, der auf verbrauchtem Katalysator niedergeschlagen ist. Das Verfahren arbeitet im wesentlichen folgendermaßen. Frisches Zufuhrmaterial, üblicherweise vorerwärmt, in Vermischung mit dem Katalysator unterliegt dem Cracken innerhalb des Reaktorabschnitts. Die Produkte werden aus dem Reaktor in der Dampfphase entfernt und zu einem Produktgewinnungsabschnitt geleitet, der wenigstens einen Hauptfraktionator oder eine Destillationskolonne zur Auftrennung der Produkte in die gewünschten Fraktionen enthält. Verbrauchter Katalysator, der durch die Crackreaktion mit Koks bzw. Kohlenstoff beladen worden ist, wird kontinuierlich aus dem Reaktor zum Regenerator durch eine Förderleitung für verbrauchten Katalysator geleitet. In dem Regenerator wird der Koks bzw. Kohlenstoff durch Berührung mit einem sauerstoffhaltigen Gas abgebrannt. Abgas wird aus dem Regenerator abgeleitet; regenerierter Katalysator wird über ein Standrohr zum Reaktor wieder in Umlauf gebracht, wo er durch den Strom frischen Einsatzkohlenwasserstoffmaterials aufgenommen wird. Der Katalysator selbst wird fein zerteilt und simuliert ein Fluid in verschiedenen Teilen des Katalysatorabschnitts, wie die Bezeichnung dieses Verfahrens zum Ausdruck bringt. In einer typischen Ausführungsform wird Wärme, die im Regenerator erzeugt worden ist, durch den heißregenerierten Katalysator zum Reaktor geleitet, um Wärme für die Crackreaktionen zu liefern. Typische Fluidkatalysatorcracksysteme sind in den US-Patentschriften 32 06 393 und 32 61 777 beschrieben.

Aus US-PS 37 69 203 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, um die thermische Energie zu regeln, die für ein katalytisches Fluidcracksystem angewendet wird. Bei diesem Verfahren wird der Betrieb der FCC- Anlage dadurch optimiert, daß er entkoppelt wird, d. h. die Zirkulation des Katalysators wird festgelegt, während der Kohlenstoffgehalt des regenerierten Katalysators variiert wird. Des weiteren wird in diesem Verfahren der Kohlenstoff in dem Regenerator zu Kohlenmonoxid verbrannt. Falls eine Nachverbrennung auftritt, wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu dem Regenerator herabgesetzt. Es wird weniger Koks verbrannt, wodurch der Restkohlenstoffgehalt des Katalysators erhöht wird und die Temperatur des Katalysators wird herabgesetzt.

Dieses Verfahren ist somit durch die Maßgabe der Steuerung des Kohlenstoffgehaltes sowie der Verbrennung des Kohlenstoffes zu Kohlenmonoxid von dem vorliegenden Verfahren völlig verschieden.

Das katalytische Fluidcrackverfahren ist im Verlauf der Jahre wirksam verbessert worden. Insbesondere sind die Entwicklung von Zeolithkatalysatoren mit ihrer größeren Aktivität und verminderten Koksbildung und Verbesserungen in der Gestaltung des Reaktorabschnitts zur Verbesserung von Steigcrackung (riser-cracking) zu nennen.

Neuere Entwicklungen in der Regeneratorabschnittechnologie deuten gleichzeitig eine Vereinfachung der Vorrichtung, eine wirksamere Nutzbarmachung der bei der Regeneration entwickelten Wärme, einen Beitrag zu besserer Produktqualität und eine Verminderung des Katalysatorbestandes an. Während nach der üblichen Regeneratortechnologie ein regenerierter Katalysator mit etwa 0,3 Gew.-% restlichem Koks und ein an Kohlenmonoxid reiches Abgas erzeugt werden, führt die neue Technologie zur Bildung eines regenerierten Katalysators, der im wesentlichen frei von Koks bzw. Kohlenstoff ist, d. h. weniger als etwa 0,08 Gew.-% und ferner zu einem Abgas, worin das CO (Kohlenmonoxid) im wesentlichen vollständig zu CO₂ (Kohlendioxid) verbrannt worden ist, d. h. daß das Abgas einen CO-Gehalt von weniger als etwa 4000 ppm und vorzugsweise weniger als etwa 2000 ppm (entsprechend der hier verwendeten Definition bezieht sich ppm auf Teile je Million Volumenteile). Mit Hilfe der neuen Technologie besteht nicht mehr die Notwendigkeit für eine CO-Dampfkesselanlage, wie sie üblicherweise verwendet wird, um die CO-Verbrennung zu vervollständigen und die fühlbare Wärme zu gewinnen, da vollständige CO-Verbrennung im Regenerator selbst stattfindet. Neben der vereinfachten Vorrichtung resultieren weitere Vorteile aus der neuen Technologie, z. B. mehr aktiver regenerierter Katalysator, bessere Benzinqualität, wirksamere Übertragung der beim Koksabbrennen erzeugten Wärme zum Reaktorabschnitt und eine Abgaszusammensetzung, die zur direkten Abgabe in die Atmosphäre ökologisch besser geeignet ist. Zweckmäßig wird die übliche katalytische Fluidcracktechnologie, wobei das Abgas aus dem Regeneratorabschnitt im wesentlichen mehr als etwa 4000 ppm CO enthält, hier als Arbeitsvorgang nach der "teilweisen CO-Verbrennungsarbeitsweise" bezeichnet. Die Verfahrensarbeitsweise gemäß der neuen Technologie, worin der CO-Gehalt des Abgases etwa 4000 ppm oder weniger beträgt, wird hier als Arbeitsvorgang nach der "vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise" bezeichnet.

Trotz der bedeutenden Vorteile der neuen Technologie ist deren weite Verbreitung in der Erdölindustrie fraglich. Beispielsweise können relativ kleine Störungen im Zufuhrmaterial vorzeitiges Versagen der im Regenerator angewendeten Cyclone zur Herausnahme von regeneriertem Katalysator aus dem Abgas verursachen. Außerdem besteht das sehr ernstliche Problem, ob verfügbare Kontrollsysteme die katalytische Crackvorrichtung ausreichend anpassungsfähig zur Annahme von Änderungen in der Zufuhrmaterialqualität ohne größere oder katastrophale Störungen, die zum Stillstand der Anlage führen würden, machen können.

Die Probleme, die mit der Kontrolle von katalytischen Fluidsystemen auftreten, welche nach der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise arbeiten, scheinen auf den ersten Blick mit den ungewöhnlich hohen Temperaturen, die man dabei im Regenerator erhält, in Verbindung zu stehen. Es zeigte sich jedoch, daß ernstliche und tiefer liegende Probleme vorliegen.

Anfang der 70er Jahre wurden FCC-Verfahren mit vollständiger CO-Verbrennung entwickelt. Das Problem bestand darin, daß, wenn dem Regenerator lediglich mehr Luft zugeführt wurde, eine Nachverbrennung in der verdünnten Phase über dem Katalysatorbett auftrat, die zu einer Flamme führen konnte, welche Cyclone, den Katalysator usw. beschädigte.

Um mit diesem Problem fertig zu werden, wurde vorgeschlagen, es bei der Verbrennung in der verdünnten Phase zu belassen, jedoch eine "Katalysatorfontäne" vorzusehen, mit der der Katalysator in dem Regenerator durch die Flammenfront hindurch versprüht wird. Dieses Verfahren wird in der DE-PS 22 56 276 und in Chemical Engineering, November 24 (1975) Seiten 46-51 erläutert. Dieses Verfahren ist mit mehreren Problemen verbunden und erscheint riskant, da z. B. eine Selbstentzündung von Kohlenmonoxid zu weiterer schneller Temperaturerhöhung führen kann. Die mit diesem Verfahren verbundenen Probleme wurden bisher nicht ausreichend gelöst.

Demgegenüber wird in US-PS 39 48 757 ein Stufen-Regenerator vorgeschlagen. Dabei wird ein großer Teil des Kokses auf dem Katalysator in einem ersten unteren dichten Bett verbrannt. Oberhalb dieses dichten Bettes ist ein Riser vorgesehen, in dem in verdünnter Phase der Katalysator nach oben transportiert wird, wobei das Kohlenmonoxid nachverbrannt wird. Der vom Riser kommende Katalysator wird in einem zweiten dichten Bett gesammelt, welches oberhalb des ersten dichten Bettes angeordnet ist. Der heiße regenerierte Katalysator wird dann zum Reaktor zurückgeführt (dieses Verfahren ist in der beigefügten Fig. 1 gezeigt). Bei diesem Verfahren ist es schwierig, genügend Koks in dem relativ kleinen ersten unteren dichten Bett des Regenerators zu verbrennen. Dieses Problem ist zum Teil darauf zurückzuführen, daß der verbrauchte, mit Koks verunreinigte Katalysator von dem Reaktor nicht sehr heiß ist, so daß der Koks im ersten unteren dichten Bett des Regenerators nur schlecht verbrennt.

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verbesserung der katalytischen Fluidcrackung.

Insbesondere soll eine Feinabstimmung des Betriebes eines solchen Regenerators erzielt werden, der zwei Betten umfaßt, die durch einen Riser zum Transport einer verdünnten Phase miteinander verbunden sind und bei dem der heiße regenerierte Katalysator innerhalb des Regenerators im Kreislauf geführt wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch das anspruchsgemäße Verfahren und die anspruchsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gelöst.

So wird erfindungsgemäß ein verbessertes Verfahren zur Regelung des Vorgangs eines katalytischen Fluidcracksystems mit einem Reaktorabschnitt und einem Regeneratorabschnitt geschaffen, das nach der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise arbeitet. Insbesondere wird die Temperatur des heißen regenerierten Katalysators mit einer vorgegebenen Temperatur verglichen, wie nachstehend erläutert, wird ein Teil des heißen regenerierten Katalysators in dem Regeneratorabschnitt im Kreislauf geführt und diese Kreislaufführung so eingestellt, daß je Zeiteinheit das Gewichtsverhältnis des heißen regenerierten im Kreislauf geführten Katalysators zu dem wiedergewonnenen verbrauchten Katalysator, der dem Regeneratorabschnitt von dem Reaktorabschnitt zugeführt wird, in einem bestimmten Bereich liegt, und die Vorerwärmungstemperatur des Kohlenwasserstoffzufuhrstromes wird in Richtung auf eine Verminderung der Temperaturabweichung des heißen regenerierten Katalysators von der vorgegebenen Temperatur eingestellt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt somit Einrichtungen, um diese Vorerwärmung einzustellen, die Abweichung der Temperatur des heißen regenerierten Katalysators von einer vorgegebenen Temperatur anzuzeigen, um die Vorerwärmungstemperatur entsprechend dieser Temperaturabweichung in Richtung auf eine Verminderung der Abweichung der Temperatur des heißen regenerierten Katalysators von der vorgegebenen Temperatur einzustellen, um die genannte Kreislaufführung einzustellen, und diese Kreislaufführung entsprechend dieser Temperaturabweichung einzustellen, damit das bereits beschriebene Gewichtsverhältnis geändert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines üblichen Katalysatorabschnittkontrollsystems, das nach der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise arbeitet;

Fig. 2 graphische Darstellungen von Daten, die durch Handhabung eines mathematischen Modells erzeugt wurden;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Katalysatorabschnittkontrollsystems.

Ein übliches Kontrollschema für einen Katalysatorabschnitt beim Regeneratorabschnittvorgang nach der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise ist in Fig. 1 dargestellt. Gemäß Fig. 1 wird das Ölzufuhrmaterial, das durch den Erhitzer 2 voererhitzt sein kann, über eine Leitung 1 zum unteren Ende des Steigrohrs 3 geleitet. Erwärmter Katalysator aus dem Standrohr 4 mit einem Regelventil 5 wird mit dem erwärmten Öl im Steigrohr 3 kombiniert, so daß ein Öl/Katalysator-Gemisch in einem aufsteigenden verteilten Strom hochsteigt, bis es in den Reaktor 6 gelangt und als dichtes Bett 7 abgesetzt wird. Im Reaktor 6 kann weitere fluidisierte Berührung zwischen dem Öl und den Katalysatorteilchen innerhalb des relativ dichten fluidisierten Bettes 7 stattfinden. Generell findet ein größerer Anteil der notwendigen Crackung und Berührung des Öls mit dem Katalysator in der Steigleitung 3 statt. Irgendwelche Katalysatorteilchen, die suspendiert in den dampfförmigen gecrackten Reaktionsprodukten verbleiben, werden am oberen Ende des Reaktors 6 durch Zentrifugeneinrichtungen oder Absetzeinrichtungen (nicht dargestellt) abgesondert. Die Produkte werden dann überkopf durch die Leitung 8 zu einem Produktgewinnungsabschnitt (nicht gezeigt) geleitet, der wenigstens einen Fraktionator enthält. Temperaturfühleinrichtungen 9, z. B. ein Thermoelement, sind zur Ermittlung der Temperatur innerhalb des Reaktors 6 und zur Abgabe eines Signals an den Temperaturregler 10 vorgesehen, woran sich die Temperatur im Reaktor 6 zeigt. Wenn die Temperatur des Reaktors von der vorbestimmten Temperatur abweicht, wie sie durch den Fixpunkt 11 des Temperaturreglers 10 definiert ist, gibt der Temperaturregler ein Signal über eine Leitung 12 zur Einstellung des Ventils 5 und so zur Einstellung der Temperatur des Katalysator/ Öl-Gemisches in der Steigleitung 3 in Richtung auf eine Verminderung der Abweichung der gemessenen Temperatur von der vorbestimmten Temperatur, wie durch den Fixpunkt 11 des Temperaturreglers 10 definiert. Generell ist es sehr erwünscht, daß Schwankungen der Temperatur innerhalb des Reaktors 6 und der aus der Leitung 8 austretenden Produkte auf ein Minimum herabgesetzt werden, so daß auch Störungen in der Hauptfraktionatorkolonne auf ein Minimum herabgesetzt werden. Verbrauchter Katalysator aus dem Bett 7 wird kontinuierlich aus dem Reaktor 6 durch die Führungsleitung 13 für verbrauchten Katalysator, die mit einem Ventil 14 versehen ist, geleitet und zum unteren Teil des Regenerators 15 zur Bildung eines relativ dichten Bettes 16 gebracht. Luft wird auf dem Weg über die Luftzufuhrleitung 17, die mit einem Kontrollventil 18 versehen ist, zum Regenerator 15 geleitet, wo sie durch den Disperser 19 strömt; sie dient zur Aufrechterhaltung des Bettes 16 im fluidisierten Zustand und zur kontinuierlichen Leitung von Katalysatoren durch das Steigrohr 20 als verdünnte Phase 21. Im oberen Teil des Regenerators 15 wird Abgas vom regenerierten Katalysator abgesondert; es tritt auf dem Weg über die Leitung 22 aus. Regenerierter Katalysator setzt sich unter Bildung eines relativ dichten Bettes 23 ab. Das regenerierte Katalysatorbett 23 befindet sich auf einer wesentlich höheren Temperatur als der verbrauchte Katalysator aus dem Bett 7 durch das Abbrennen von Koks, das im Regenerator 15 stattfindet. Typischerweise kann diese Differenz etwa 208°C betragen. Innerhalb des Regenerators selbst sind das Bett 23 und das Abgas in der Kammer wesentlich heißer als der verbrauchte, jedoch teilweise regenerierte Katalysator vom Bett 16, wobei Differenzen von etwa 55°C nicht unüblich sind. Ein Zusammensetzungsfühler 24, der die Gehalte an Kohlenmonoxyd und Sauerstoff im Abgas anzeigt, erzeugt ein für die betreffende Zusammensetzung kennzeichnendes Signal. Das Ventil 18 wird üblicherweise durch das Eingreifen einer Bedienungsperson geregelt, damit der Fluß der Luft und so der Gehalt an CO und Sauerstoff im Abgas eingestellt werden. Andererseits wird das Signal, das vom Zusammensetzungssensor 24 erzeugt wird, zum Zusammensetzungsregler 25 weitergegeben. Der Regler 25, der mit Fixpunkten 26 versehen ist, gibt ein Signal auf die Leitung 27, wobei dieses Signal für die Abweichung der Kohlenmonoxydzusammensetzung des Abgases von dem Fixpunkt 26 kennzeichnend ist; so wird das Regelventil 18 in Richtung auf eine Verminderung der Abweichung der gemessenen Zusammensetzung von der vorbestimmten Zusammensetzung, wie durch den Fixpunkt 26 bestimmt, eingestellt. Im allgemeinen ist der Fixpunkt auf einen geringeren CO-Gehalt als 2000 ppm eingestellt; das Abgas enthält im allgemeinen etwa 2% überschüssiges Sauerstoffgas. Obwohl nicht ausdrücklich dargestellt, ist das Ventil 14 üblicherweise mit dem Ventil 5 in einer solchen Weise verbunden, daß ein festes Verhältnis von Katalysatormenge im Generator 15 zur Katalysatormenge im Reaktor 6 aufrechterhalten wird.

Mit dem vorstehend für einen Vorgang bei der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise beschriebenen Kontrollsystem wird der Vorgang im allgemeinen in einer Weise durchgeführt, daß sichergestellt ist, daß im wesentlichen sämtlicher Koks bzw. Kohlenstoff, der auf dem Katalysator im Reaktorabschnitt niedergeschlagen ist, im Regenerator abgebrannt wird; das bedeutet, daß der Restkohlenstoff auf dem regenerierten Katalysator generell weniger als etwa 0,05 Gew.-% beträgt. Man erhält hohe Temperaturen in dem Regenerator; der regenerierte Katalysator im Bett 23 befindet sich generell auf einer Temperatur von wenigstens etwa 732°C. In Abwesenheit von Schwankungen in der Menge an Koks bzw. Kohlenstoff, abgesetzt durch das Zufuhrmaterial während der Crackung, oder von Schwankungen in der Zufuhrmaterialtemperatur oder von anderen Störungen ergibt das beschriebene Kontrollsystem eine glatte Arbeitsweise des Katalysatorabschnitts. Jedoch haben Untersuchungen des Kontrollsystems gezeigt, daß dessen Anpassungsverhalten an plötzliche Veränderungen in der Menge an gebildetem Koks und so an Variationen in der Zufuhrmaterialqualität beträchtlich geringer als dann ist, wenn nach der teilweisen CO-Verbrennungsarbeitsweise gearbeitet wird. Außerdem sind die auftretenden Veränderungen gegenläufig produktiv mit Bezug auf die Produktzusammensetzung. Die Gründe für dieses schlechte Anpassungsverhalten sollen im einzelnen untersucht werden. Bei der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise führt, da sämtlicher Koks im wesentlichen vollständig zu CO₂ im Regenerator verbrannt wird, ein Wechsel in der Koksbildungsgeschwindigkeit zu Temperaturausschlägen im Regenerator, die größer als bei der teilweisen CO-Verbrennungsarbeitsweise sind. Während weiterhin eine gewisse Messung der Regelung bei der teilweise CO- Verbrennungsarbeitsweise durch Veränderung der Luftfließrate zum Regenerator erzielbar ist, ist diese Wahl bei der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise relativ unwirksam. Computersimulationen des Effekts von Veränderungen in der Luftfließrate bei zwei Arbeitsweisen solcher Vorgänge sind in Fig. 2 dargestellt. Wie ersichtlich, führt eine Verminderung der Luftfließrate bei der üblichen Arbeitsweise (von etwa 1% überschüssigem Sauerstoff auf etwa 0,25%) zu einer wesentlichen Abnahme sowohl bei der Katalysator- als auch bei der Abgasausgangstemperatur, wie jeweils durch die Kurven Tc und Ta angegeben ist. Im Gegensatz dazu verursacht eine Verminderung in der Fließrate bei der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise relativ geringe Veränderungen dieser Parameter. Auch geht die Veränderung in die entgegengesetzte Richtung; das bedeutet, daß eine Steigerung bei Tc und Ta erfolgt. Die teilweise Erklärung für die relative Unempfindlichkeit der Regeneratortemperatur auf die Luftfließrate bei der vollständigen CO- Verbrennungsarbeitsweise liegt darin, daß der Kohlenstoff auf regeneriertem Katalysator durch Veränderung in der Luftfließrate im wesentlichen unbeeinflußt ist, während er bei der üblichen Arbeitsweise stark beeinflußt wird. So erzeugt eine Veränderung in der Qualität des Zufuhrmaterials, die entweder zu einer Abnahme oder zu einer Zunahme in der Geschwindigkeit der Koksbildung führt, eine regellose oder übermäßige Störung des Regeneratorbetriebs bei der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise wegen der größeren Temperaturausschläge und geringeren Reaktion auf die Luftfließrate als Eigenart einer solchen Arbeitsweise.

Bei den vorstehenden Untersuchungen sind die Temperaturbedingungen als solche nicht erwähnt worden. Im Hinblick auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 sind typische Temperaturen etwa 677°C für das dichte Bett 16, etwa 704°C in der Mitte des verdünnten Betts 21 und etwa 732°C für das dichte Bett 23 und das über die Leitung 22 austretende Abgas. Diese Temperaturen, insbesondere in den Betten 21 und 23, liegen merklich höher als diejenigen, die üblicherweise bei der teilweisen CO-Verbrennungsarbeitsweise angewendet werden; sie scheinen notwendig zu sein, um die Verbrennung von CO zu CO₂ einzuleiten. Diese Temperaturen können derzeitig ohne Übersteuerung der Kontrollgrenzen des Reglers 25 nicht merklich herabgesetzt werden; auch können sie ohne Überschreitung der üblichen Anlagenbegrenzungen der Einrichtung und Risiko von Katalysatorschädigung nicht merklich erhöht werden. So bedeuten die hohen Regeneratortemperaturen, die laufend bei der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise erhalten werden, einen dritten Faktor, nämlich außer den größeren Temperaturausschlägen und geringeren Reaktionen auf die Luftfließrate, wodurch die derzeitigen Regelsysteme nur geringfügig auf Veränderungen in der Zufuhrmaterialqualität anpassungsfähig sind. Jedoch ergeben sich wesentliche Vorteile aus der vorliegenden Erfindung, selbst wenn es möglich wäre, den Regenerator in der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise unter niedriger Temperatur zu betreiben.

Das schlechte Anpassungsverhalten der derzeitigen bekannten Kontrollsysteme für den Betrieb der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise resultiert in großen Veränderungen bei der Katalysatorumlaufrate. Beispielsweise führt ein Wechsel im Zufuhrmaterial zu einem solchen mit geringerer Qualität, wodurch größere Mengen an Kohlenstoff bzw. Koks niedergeschlagen werden zu einer Steigerung in der Temperatur des dichten Betts 23 (vgl. Fig. 1) und zu einer Steigerung in der Temperatur, die durch das Thermoelement 9 ermittelt wird. Dies führt andererseits dazu, daß der Regler 10 auf das Ventil 5 in Richtung auf eine Verminderung des Katalysator/Öl-Verhältnisses einwirkt, so daß Regenerator- und Produkttemperaturen auf Werte innerhalb der vorstehend beschriebenen Grenzen wiedereingestellt werden. Jedoch beobachtet man, daß eine geringere Qualität des Zufuhrmaterials eine höhere Behandlungsstrenge erfordert, damit eine optimale Verteilung von gecrackten Produkten eingehalten wird. Daher ist die Einstellung des Katalysator/Öl-Verhältnisses, wie es durch das Kontrollsystem induziert wird, gegenläufig produktiv; dessen Ausmaß ist ein weiteres Merkmal im Hinblick auf das schlechte Anpassungsverhalten der bekannten Kontrollsysteme.

So ist das relativ mangelhafte Anpassungsverhalten des üblichen Kontrollschemas bei der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise ein ernstlicher Mangel des Systems, der in gewissem Ausmaß den sehr erwünschten Vorteilen, wie vorstehend beschrieben, die unter Anwendung des Systems erhalten werden können, entgegenwirkt.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß ein verbessertes Kontrollsystem geschaffen, wodurch das Anpassungsverhalten des Katalysatorabschnitts einer katalytischen Fluidcrackeinheit, die nach der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise arbeitet, verbessert wird. Die verbesserte Regelung wird dadurch erhalten, daß u. a. als Kontrollelement eine variable Vorerhitzung der Kohlenwasserstoffzufuhr vor dem Vermischen des Zufuhrmaterials mit dem erhitzten Katalysator vorhanden ist.

Insbesondere wird als Reaktion auf eine Störung, die durch eine Veränderung in der Zufuhrmaterialqualität verursacht sein kann, die Vorerhitzungstemperatur in größerem oder geringerem Ausmaß, wie nachstehend näher beschrieben wird, und in einer Richtung auf die Wiedereinstellung der Temperatur des heißen regenerierten Katalysators auf die vorbestimmte Temperatur eingestellt. Beispielsweise wird bei einem Wechsel zu einem mehr aromatischen Zufuhrmaterial, d. h. zu einem solchen, wodurch mehr Koks bzw. Kohlenstoff erzeugt wird, die Ölvorerhitzungstemperatur als Reaktion auf die Steigerung in der Temperatur des heißen regenerierten Katalysators vermindert, so daß in geregelter Weise die letztere Temperatur reduziert wird.

Da die Wärmekapazität des Zufuhröls wesentlich ist und da dessen Temperatur im Bereich von 149°C bis 427°C variiert werden kann, bietet das erfindungsgemäße Verfahren einen sehr großen Bereich von Kontrollmöglichkeiten ohne Abweichungen von der optimalen Arbeitsweise des Crackabschnitts. Tatsächlich gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren Einrichtungen für die wirksame Entkoppelung der Katalysatorumlaufrate von der Zufuhrmaterialqualität. Man kann beispielsweise die Katalysatorumlaufrate fixieren, wodurch Störungen in dem Reaktorabschnitt allein durch Einstellung der Zufuhrmaterialvorerwärmungstemperatur unter Kontrolle gebracht werden. Andererseits kann man durch geeignete Einstellung des Gewinns in dem Zufuhrmaterialerwärmungsanalogregler, wie nachstehend beschrieben, wählen, die Kontrolle einer Störung zwischen der Katalysatorumlaufrate und der Zufuhrmaterialvorerwärmungstemperatur zu teilen. In einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Gewinn des Zufuhrmaterialvorerwärmungsanalogreglers in solcher Weise programmiert, wie durch ein Modell des Crackverfahrens geleitet, daß ein optimales Katalysator/Öl-Verhältnis für verschiedene Zufuhrmaterialien eingehalten wird. Ersichtlich ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur als Regelmethode arbeitet, jedoch außerdem auch als Optimierungsmittel eingesetzt werden kann.

Eine weitere Verbesserung bei der Regelung wird dadurch erreicht, daß man ebenfalls als Kontrollelement den Umlauf der variablen Verhältnisse von heißem regenerierten Katalysator zu verbrauchtem Katalysator zur Variation der Temperatur des letzteren in geregelter Weise einbezieht. Diese Einbeziehung ist wahlweise, jedoch bevorzugt. Dieses zusätzliche Kontrollelement gewährleistet eine verbesserte Arbeitsweise des Regenerators, wie in den US-PS 40 35 284 und 40 57 397 veranschaulicht ist; ferner trägt dies zu einem verbesserten Anpassungsverhalten des Verfahrens bei. Ein weiteres Merkmal dieses Kontrollelements ist dessen sehr kurze Reaktionszeit, die zum stabilen Vorgang beiträgt. Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung der genannten US-Patentanmeldung, worauf hier Bezug genommen wird.

Eine besondere erfindungsgemäße Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 der anliegenden Zeichnung beschrieben. In Fig. 3 sind die wesentlichen Elemente, die vorstehend mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben sind, durch dieselben Bezugszeichen angegeben. Außerdem ist erfindungsgemäß ein Thermoelement oder eine andere Temperaturfühleinrichtung 34 vorgesehen, die eine Darstellung der Temperatur im oberen Teil des Regenerators 15 ermittelt. Wahlweise Anbringungsstellen für die Temperaturfühleinrichtung 34 befinden sich in der Abgasleitung 22 oder in dem Bett 23 für den regenerierten Katalysator. Die erzeugte Darstellung wird zu einer Temperaturmeßeinrichtung 35 geleitet, die ein Signal, das für die Temperatur des regenerierten Katalysators bezeichnend ist, auf die Leitung 36 gibt, die mit dem Temperaturdifferenzregler 37 verbunden ist. Ferner ist ein Thermoelement oder eine andere Temperaturfühleinrichtung 39 vorhanden, wodurch eine Darstellung der Temperatur des vorerwärmten Zufuhröls in Leitung 1 erzeugt wird. Diese Darstellung wird ebenfalls zum Temperaturdifferenzregler 37 geleitet. Das auf Leitung 36 gegebene Signal stellt den Fixpunkt 38 des Reglers 37 in vorbestimmter Weise ein; der Regler gibt ein Signal auf Leitung 40, wodurch eine Einstellung der Ventileinrichtung 41 verursacht wird, die die Menge des Dampfes oder eines anderen Erwärmungsmediums, das zum Erhitzer 2 geleitet wird, regelt, wodurch andererseits die Ölvorerwärmungstemperatur eingestellt wird.

Zur Einbeziehung des Katalysatorumlaufverhältnisses als wahlweises Regelelement sind eine oder mehrere Leitungen 28 zur Überführung von regeneriertem Katalysator 23 zum teilweise regenerierten Katalysator 16 vorgesehen. Alternativ kann eine Leitung 28 regenerierten Katalysator direkt zur Überführungsleitung 13 für den verbrauchten Katalysator zurückführen, wie in der US-Patentanmeldung No. 3 80 173 (siehe vorstehend genannt) dargestellt ist. In jedem Fall sind die eine oder die mehreren Leitungen 28 mit wirksamen Fließregeleinrichtungen versehen, z. B. Ventileinrichtungen 29, die in der Lage sind, das Umlaufverhältnis zu variieren, d. h. das Verhältnis des Gewichts von regeneriertem Katalysator, der auf dem Weg über die Leitung 28 geleitet wird, zum Gewicht des verbrauchten Katalysators, der auf dem Weg über die Überführungsleitung 13 für verbrauchten Katalysator übergeführt wird, in der Zeiteinheit. Im wesentlichen liegt die Funktion der einen oder der mehreren Leitungen 28 darin, einen Teil des wesentlich heißeren regenerierten Katalysators 23 zum kühleren Katalysator 16 zurückzuführen, um dadurch die Temperatur des letzteren anzuheben. Zweckmäßig wird der Katalysator im Bett 16 ebenso wie derjenige, der aus dem Bett 7 auf dem Weg über die Leitung 13 übergeführt wird, als "verbrauchter" Katalysator bezeichnet.

Weiterhin ist ein Thermoelement oder eine andere Temperaturfühleinrichtung 30 vorgesehen, wodurch eine Darstellung der Temperatur im oberen Teil des Regenerators 15 erzeugt wird. Diese Darstellung wird zum Temperaturregler 31 geleitet, der mit einem Fixpunkt 32 versehen ist. Eine Abweichung der Temperatur, wie sie durch die Temperaturfühleinrichtung 30 gemessen wird, von der vorbestimmten Temperatur, wie sie durch den Fixpunkt 32 festgelegt wird, verursacht, daß der Regler 31 ein Signal auf die Leitung 33 gibt, die andererseits veranlaßt, daß eine Ventileinrichtung 29 das Umlaufverhältnis in Richtung auf eine Wiedereinstellung der gemessenen Temperatur zur vorbestimmten Temperatur ändert. Wenn beispielsweise die durch die Einrichtung 30 gemessene Temperatur die vorbestimmte Temperatur überschreitet, werden die Ventileinrichtungen 29 geöffnet, so daß das Umlaufverhältnis erhöht und die Temperatur im oberen Teil des Regenerators 15 erniedrigt werden.

Alternative Anordnungsstellen für die Temperaturfühleinrichtung 30 sind beispielsweise Stellen in der Abgasleitung 22 oder im dichten fluidisierten Bett 23.

Ein wahlweises System (nicht dargestellt) zur Regelung der Regenerationstemperatur wird durch zwei Thermoelemente geschaffen, die in den Betten 23 bzw. 16 angeordnet sind. Die dadurch erhaltenen Signale werden zu einem Regler geleitet, der die Temperaturdifferenz mit einer vorbestimmten Temperaturdifferenz vergleicht und ein Kontrollsignal erzeugt, das - dem Ventil 29 zugeleitet - das Umlaufverhältnis in Richtung auf eine Verminderung der Abweichung der gemessenen Temperaturdifferenz von dem vorbestimmten Wert verändert.

Obwohl diese erfindungsgemäße Ausführungsform nach Fig. 3 automatische Regler 10, 25, 31 und 37 benutzt, kann man auch eine manuelle Regelung anstelle von einer oder von mehreren dieser Einrichtungen ausführen. Automatische Regler sind jedoch bevorzugt; hierfür kann man solche vom PDI-Typ (proportional-differential-integral) oder weniger komplizierte Typen einsetzen, nämlich in Abhängigkeit von den Arbeitsanforderungen.

Die Funktion der Kontrollelemente zur Verbesserung der Anpassungsfähigkeit eines Katalysatorabschnitts beim Betrieb in der vollständigen CO-Verbrennungsarbeitsweise wird durch die nachstehend erläuterten Berechnungen veranschaulicht. Wenn man für Veranschaulichungszwecke eine plötzliche Veränderung im Zufuhrmaterial, das einer katalytischen Fluidcrackvorrichtung gemäß der Erfindung aufgegeben wird, annimmt, sei die Änderung so beschaffen, daß der Kohlenstoff auf verbrauchtem Katalysator vermindert wird. Während üblicherweise eine solche Veränderung zu einem gesteigerten Katalysator/Öl- Verhältnis führen würde und eine solche Steigerung gegenläufig produktiv sein würde, ist gemäß einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform das Katalysator/Öl-Verhältnis fixiert, und die Zufuhrmaterialvorerwärmungstemperatur wird durch eine geeignete Steigerung eingestellt.

Wenn man weiterhin annimmt, daß bei den beschriebenen Einstellungen die Kohlenstoffmenge auf dem verbrauchten Katalysator von ihrem früheren Wert von 0,70 Gew.-% auf 0,65 Gew.-% vermindert ist und daß erforderlich ist, den Abgasgehalt an CO bei einem Maximalwert von 0,20% zu halten, führt diese Änderung im Zufuhrmaterial zu einer Verminderung der Temperatur im dichten Bett 16 und am oberen Ende des Steigrohrs 20 (vgl. Fig. 3) und zu übermäßigen CO-Emissionen, da die Kohlenstoffmenge, die dem Regenerator zugeführt wird, vermindert wird. Dies wird durch Vergleich der Positionen 3 und 8 gemäß der nachstehenden Tabelle veranschaulicht. Ohne Veränderung des Umlaufverhältnisses kann keine Einstellung der Luftfließrate erfolgen, um CO-Emissionen auf erforderliche Werte wieder einzustellen (vgl. Positionen 5 bis 8 in der nachstehenden Tabelle). Bei Veränderung des Umlaufverhältnisses von 1 nach 2 wird jedoch eine Wiedereinstellung der CO-Kontrolle zusammen mit anderen gewünschten Parametern erzielt (vgl. Positionen 3 und 11 in der nachstehenden Tabelle); dies beugt der Notwendigkeit für irgendeine größere Störung im Katalysator/Öl- Verhältnis oder bei anderen Arbeitsparametern vor. Diese Veranschaulichung zeigt, wie die beiden Überwachungselemente wirken und zur Verbesserung des Anpassungsverhaltens zusammenarbeiten; daher ist diese Darstellung nur illustrativ, jedoch in keiner Weise eine Beschränkung mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren.

Während die Veranschaulichungen gemäß der nachstehenden Tabelle Vorgänge mit Umlaufverhältnissen von 1 bis 2 zeigen, die innerhalb des bevorzugten Bereiches von 0 bis 3 liegen, können Umlaufverhältnisse bis zu etwa 5 in brauchbarer Weise angewendet werden. Bevorzugt ist, daß die Kontrollmethode bei einem Umlaufverhältnis von etwa 1 eingestellt wird, wobei es sich um das Umlaufverhältnis in Abwesenheit von Störungen handeln würde. Diese Methode kann natürlich nach Belieben durch Einstellung des Fixpunktes 32 des Reglers 31 neu festgesetzt werden, wie durch relativ langzeitige durchschnittliche Temperaturveränderungen im Regenerator erforderlich ist.

Tabelle

Regeneratorverhalten

Claims (5)

1. Katalytisches Fluidcrackverfahren zum Cracken eines Kohlenwasserstoffzufuhrstromes, wobei der auf 149°C-427°C vorerwärmte Strom mit heißem regenerierten Katalysator in einem Reaktorabschnitt, der unter katalytischen Crackbedingungen gehalten wird, unter Bildung von gecrackten Produkten und von durch Koks verunreinigtem, verbrauchtem Katalysator in Berührung gebracht wird und wobei die gecrackten Produkte und der verbrauchte Katalysator in dem Reaktorabschnitt aufgetrennt und der Katalysator wiedergewonnen wird und wobei ferner der wiedergewonnene, verbrauchte Katalysator kontinuierlich einem in vollständiger CO-Verbrennungsarbeitsweise arbeitenden Regeneratorabschnitt zugeführt wird, wodurch der Koks mit einem sauerstoffhaltigen Gas unter Bildung von heißem, regeneriertem Katalysator verbrannt wird, welcher heiße regenerierte Katalysator eine höhere Temperatur als der verbrauchte Katalysator aufweist, und wobei ferner heißer regenerierter Katalysator zu dem Reaktorabschnitt zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperatur des heißen regenerierten Katalysators mit einer vorgegebenen Temperatur unter Bildung einer Temperaturabweichung des heißen regenerierten Katalysators von dieser vorgegebenen Temperatur verglichen wird;
in dem Regeneratorabschnitt ein Teil des heißen regenerierten Katalysators im Kreislauf geführt wird und die Kreislaufführung des heißen regenerierten Katalysators so eingestellt wird, daß je Zeiteinheit das Gewichtsverhältnis des heißen regenerierten im Kreislauf geführten Katalysators zu dem wiedergewonnenen verbrauchten Katalysator, der dem Regeneratorabschnitt von dem Reaktorabschnitt zugeführt wird, in einem Bereich zwischen 0 und 5 liegt; und
die Vorerwärmungstemperatur des Kohlenwasserstoffzufuhrstromes in Richtung auf eine Verminderung der Temperaturabweichung des heißen regenerierten Katalysators von der vorgegebenen Temperatur eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je Zeiteinheit das Gewichtsverhältnis des heißen regenerierten im Kreislauf geführten Katalysators zu dem wiedergewonnenen verbrauchten Katalysator, der dem Regeneratorabschnitt von dem Reaktorabschnitt zugeführt wird, in einem Bereich zwischen 0 und 3 eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenmonoxidgehalt des aus dem Regeneratorabschnitt abgegebenen Abgases mit einem vorbestimmten Kohlenmonoxidgehalt zur Ermittlung einer Abweichung im Kohlenmonoxidgehalt verglichen wird und bei einer Abweichung des Kohlenmonoxidgehaltes vom vorbestimmten Gehalt die Strömungsgeschwindigkeit des sauerstoffhaltigen Gases zum Regenerator vermindert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Kohlenmonoxidgehalt einen Wert von bis zu 2000 ppm hat.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur einstellbaren Vorerwärmung des Kohlenwasserstoffzufuhrstromes, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, das die Abweichung der Temperatur des heißen regenerierten Katalysators in dem Regeneratorabschnitt von einer vorgegebenen Temperatur anzeigt, eine auf das diese Temperaturabweichung anzeigende Signal ansprechende Einrichtung zur Einstellung der Vorerwärmungstemperatur des Kohlenwasserstoffzufuhrstromes in Richtung auf eine Verminderung der Abweichung der Temperatur des heißen regenerierten Katalysators von der vorgegebenen Temperatur, sowie eine Einrichtung für eine einstellbare Kreislaufführung eines Teils des heißen regenerierten Katalysators in dem Regeneratorabschnitt und eine auf das diese Temperaturabweichung anzeigende Signal ansprechende Einrichtung zur Einstellung der einstellbaren Kreislaufführungseinrichtung, um je Zeiteinheit das Gewichtsverhältnis des heißen regenerierten im Regeneratorabschnitt im Kreislauf geführten Katalysators zu dem wiedergewonnenen verbrauchten Katalysator, der dem Regeneratorabschnitt von dem Reaktorabschnitt zugeführt wird, zu ändern.