DE2645649B1

DE2645649B1 - Verfahren zum thermischen cracken von schweren kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2645649B1
Application number: DE19762645649
Authority: DE
Inventors: Tomizo Endo; Hiroshi Houzuma; Tooru Kawahara; Hideo Kikuchi; Shoichi Motokawa; Keiji Nagayama; Masaichi Ootake; Masatomo Shigeta; Yutaka Sumita; Masaharu Tomizawa
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1975-10-14
Filing date: 1976-10-09
Publication date: 1977-08-18
Also published as: DE2645649C2; CA1083993A; FR2328031B1; GB1553521A; US4085034A; IT1068918B; FR2328031A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Cracken von schweren Kohlenwasserstoffen in einem Reaktor, wobei das Verkoken im Reaktor im wesentlichen vermieden wird.

Das schwerwiegendste Problem beim thermischen Cracken von schweren Kohlenwasserstoffen wie unter anderem Asphalt, Kohleteer, schwerem öl und Rohöl in einem Reaktor besteht darin, das Verkoken an der Innenwand des Reaktors zu vermeiden. Ein solches Verkoken bzw. die Ablagerung von Koks tritt bei leichten Kohlenwasserstoffen wie zum Beispiel gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Schwerbenzin nur in ziemlich geringem Maße auf. Schwere Kohlenwasserstoffmaterialien wie die obenerwähnten zeigen jedoch eine stärkere Neigung zum Verkoken. Deshalb ist bei einer industriellen Anlage zum Cracken von schweren Kohlenwasserstoffen die Verhinderung des Verkokens ein Hauptfaktor für den erfolgreichen Betrieb.

Als Maßnahme gegen das Verkoken und gegen Koksablagerungen ist ein Verfahren unter Ausbildung einer sogenannten »Naßwand« vorgeschlagen worden, das ganz allgemein beim thermischen Cracken von Schwerbenzin verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird ein leichtes öl aus einem Überlaufbehälter am Kopf des Reaktors oder in ähnlicher Weise aus einem Schütz oder mehreren Schlitzen am Kopf des Reaktors an der Innenwand des Reaktors in den Reaktor hineinfließengelassen, so daß über der Innenwand des Reaktors ein sogenannter flüssiger Vorhang ausgebildet wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das Reaktionsprodukt (Pech) im Laufe des thermischen Crackens des schweren Kohlenwasserstoffs von dem leichten öl verdünnt wird. Auch wenn ein Teil des im Laufe des Crackens erzeugten Sumpfmaterials aus dem Reaktor entnommen wird und dieses dann anstelle des leichten Öls zur Vermeidung der Verdünnung des Reaktionsproduktes (Pech) verwendet wird, kann immer noch in dem Vorratsbehälter am Kopf des Reaktors ein Verkoken erfolgen und im Falle, daß am Reaktorkopf ein Schlitz oder Schlitze vorgesehen sind, können dieser Schlitz oder diese Schlitze durch die Verkokungsprodukte verstopft werden, so daß ein einwandfreier kontinuierlicher Betrieb des Reaktors nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zum thermischen Cracken von schweren Kohlenwasserstoffen zu liefern, das in wirksamer Weise das Verkoken im Reaktor verhindert und somit die Probleme bekannter Verfahren überwindet
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum thermischen Cracken schwerer Kohlenwasserstoffe in einem zylindrischen Reaktor vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
a) einen Teil des im Reaktor befindlichen Materials entnimmt und

b) dieses dann unter Ausbildung einer Naßwand bzw. eines Flüssigkeitsvorhangs an der Innenwand des Reaktors an mehreren Stellen der Reaktorwand im oberen Teil des Reaktors in tangentialer Richtung zur Reaktorwand einspritzt.

Bei ausgedehnten Untersuchungen über das Verkoken in Reaktoren wurde gefunden, daß man schwere Kohlenwasserstoffe ohne Verkoken in zudriedenstellender Weise thermisch cracken kann, wenn man einen Teil des im Reaktor befindlichen Materials während des thermischen Crackens entnimmt und in bestimmter Weise unter Ausbildung einer Naßwand wieder in den Reaktor einspritzt.

Erfindungsgemäß wird beim thermischen Cracken eines schweren Kohlenwasserstoffes in einem zylindrisehen Reaktor ein Teil des im Reaktor befindlichen Materials entnommen und dazu verwendet, eine Naßwand oder einen Flüssigkeitsvorhang über der gesamten Innenwand des Reaktors auszubilden und dadurch das Verkoken im Reaktor zu verhindern. Das »im Reaktor befindliche Material« ist das Material, das im Reaktor der Crackung unterworfen wird, und genauer das reagierende Material am Boden des Reaktors. Ein Teil dieses Materials wird vom Boden des zylindrischen Reaktors abgenommen und zur Ausbildung der Naßwand über der Innenwand des zylindrischen Reaktors verwendet. Erfindungsgemäß kann die Naßwand ausgebildet werden, indem man das abgenommene Material an mehreren Stellen (zwei oder mehrere) der Reaktorwand im oberen Teil des Reaktors tangential zur Reaktorinnenwand in den Reaktor einspritzt. Die Einspritzung des abgenommenen Materials erfolgt mit Hilfe von Düsen, die sich an den angegebenen Stellen an der Wand des Reaktors im oberen Reaktorteil befinden und in tangentialer Richtung zur Reaktorwand ausgerichtet sind. Die Bildungsgeschwindigkeit der Naßwand und die Zahl der vorhandenen Düsen kann in Abhängigkeit von den Eigenschaften des als Material verwendeten schweren Kohlenwasserstoffs, den Reaktionsbedingungen beim thermischen Cracken und der Größe des zylindrischen Reaktors variiert werden, aber gewöhnlich wird eine Bildungsgeschwindigkeit für die Naßwand von 5 bis 20 m³/h je 1 m Umfang des zylindrischen Reaktors bevorzugt, während die Düsen vorzugsweise in Intervallen von 50 cm bis 2 m am Reaktorumfang angebracht sind. Zur Anbringung der Düsen an der Reaktorwand im oberen Teil des zylindrischen Reaktors ist die Reaktorwand vorzugsweise mit einer gürteiförmigen Ausbuchtung über den gesamten Umfang der Reaktorwand im oberen Reaktorteil versehen, und die Düsen sind in dieser Ausbuchtung in gleichen Abständen angebracht. Vorzugsweise ist darüber hinaus eine den zylindrischen Reaktor umschließende ringförmige

ORIGINAL INSPECTED

Röhre in geeigneter Lage zu der Ausbuchtung angebracht, die von einem öl als Heizmedium mit einer Temperatur von 250 bis 350°C durchströmt wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines zylindrischen Reaktorsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht einer gürteiförmigen Ausbuchtung am Umfang der Wand im oberen Teil des zylindrischen Reaktors und einer ringförmigen Röhre, die in Kontakt mit der gürteiförmigen Ausbuchtung den zylindrischen Reaktor umläuft,

F i g. 3 eine ähnliche Ansicht wie in F i g. 2 mit einer anderen Kombination von gürteiförmiger Ausbuchtung und ringförmiger Röhre,

Fig.4 eine schematische Darstellung einer Anordnung von zwei Düsen in der gürteiförmigen Ausbuchtung des Reaktors gemäß F i g. 2 oder F i g. 3,

Fig.5 eine ähnliche Darstellung wie in Fig.4 mit einer anderen Anordnung von vier Düsen in der gürteiförmigen Ausbuchtung gemäß F i g. 2 oder F i g. 3.

F i g. 1 zeigt einen zylindrischen Reaktor 1, eine Zufuhrleitung 2 für schwere Kohlenwasserstoffe, das sich im Reaktor befindende Material 3, eine Zufuhrleitung 4 für das sich im Reaktor befindende Material zu der gürteiförmigen Ausbuchtung 5 am Umfang der Reaktorwand im oberen Reaktorteil, eine ringförmige Röhre 6 in geeigneter Lage zur Ausbuchtung 5, eine Abzugsleitung 7 zum Abziehen des gasförmigen Materials und der erzeugten Ölfraktion vom thermischen Cracken des schweren Kohlenwasserstoffs, einen Mischer 8 und eine Leitung 9 für die Zufuhr eines gasförmigen Heizmediums mit hoher Temperatur zum thermischen Cracken des schweren Kohlenwasserstoffs.

Erfindungsgemäß wird ein vorerhitzter schwerer Kohlenwasserstoff wie unter anderem Asphalt, Kohleteer, schweres Öl oder Rohöl über Zufuhrleitung 2 in den Reaktor 1 eingespeist und dort mittels eines gasförmigen Heizmediums von hoher Temperatur auf 400 bis 430° C erhitzt Als gasförmiges Heizmedium wird beispielsweise überhitzter Dampf über Zufuhrleitung 9 zugeführt. Während des Crackens wird ein Teil des im Reaktor befindlichen Materials 3 über Zufuhrleitung 4 in die gürteiförmige Ausbuchtung 5 überführt und mittels der nicht eingezeichneten Düsen in der Ausbuchtung 5 in den Reaktor 1 eingespritzt Da das in der ringförmigen Röhre 6 zirkulierende öl auf einer Temperatur von 250 bis 350⁰C gehalten wird, wird das Material 3 in der gürteiförmigen Ausbuchtung 5 abgekühlt, was sich als hilfreich bei der Verhinderung des Verkokens in der Ausbuchtung 5 erweist. Das Material 3 wird mit einer Temperatur von 400 bis 430° C tangential zur Reaktorwand mittels der Düsen in der nicht unterbrochenen Ausbuchtung 5 in den Reaktor 1 eingespritzt. Aufgrund der Zentrifugalkraft füllt das eingespritzte Material die gürteiförmige Ausbuchtung 5 und fließt unter Ausbildung einer gleichmäßigen Naßwand bzw. eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilms an der gesamten Innenwand des Reaktors hinunter. Die Temperatur der Reaktorinnenwand und die Temperatur des die Naßwand bildenden Materials sind im wesentlichen gleich, so daß selbst, wenn Vorläufer von Koks sich an der Innenwand abscheiden, diese von der herabfließenden Flüssigkeit weggewaschen werden, bevor sie verkoken können. Die Einspritzgeschwindigkeit des Materials 3 beträgt vorzugsweise 5 bis 20 m³/h je 1 m Umfang der Reaktorwand. Bei einer Einspritzgeschwindigkeit von weniger als 5 m³/h reicht die Waschkraft der Naßwand nicht aus, und die erwünschte Wirkung gegenüber dem Verkoken wird kaum erzielt, während bei Einspritzgeschwindigkeiten von mehr als 20 m³/h eine Pumpe erforderlich ist, um das auf hoher Temperatur befindliche Material 3 in großen Mengen zu transportieren. Dies bringt sowohl ökonomische als auch technische Schwierigkeiten mit sich. Weiterhin ist zu beachten, daß bei einer zu niedrigen Temperatur des

ίο Öls in der ringförmigen Röhre 6 die Fluidität des Materials 3 in der Nähe des Kühlbereichs verschlechtert sein kann, während zu hohe Temperaturen des Öls das Verkoken in der Anlage begünstigen können.

Aufgrund der gürteiförmigen Ausbuchtung 5 in der Reaktorwand im oberen Reaktorteil tritt kein Verstopfen des Reaktors 1 durch feste Fremdstoffe oder Koks auf. Außerdem wird dadurch, daß die gürteiförmige Ausbuchtung 5 durch die ringförmige Röhre mit dem zirkulierenden öl von niedrigerer Temperatur gekühlt wird, jede Gefahr des Verkokens in der gürteiförmigen Ausbuchtung 5 vollständig vermieden.

Die gürteiförmige Ausbuchtung 5 und die ringförmige Röhre 6 können in verschiedener Weise angeordnet sein. Fig.2 und Fig.3 zeigen verschiedene Ausführungsformen dieser beiden erfindungsgemäßen Elemente. Fig.2 zeigt eine gürteiförmige Ausbuchtung 10 (entsprechend 5 in Fig. 1), eine ringförmige Röhre 11 (entsprechend 6 in Fig. 1) und einen Hohlraum 12, durch den das öl zirkuliert wird. Fig.3 zeigt eine gürteiförmige Ausbuchtung 13 (entsprechend 5 in F i g. 1), eine ringförmige Röhre 14 (entsprechend 6 in Fig. 1) und einen Hohlraum 15, durch den das Öl zirkuliert wird. Wie in den F i g. 4 und 5 gezeigt, sind in den gürteiförmigen Ausbuchtungen 10 oder 13 Düsen vorgesehen. F i g. 4 zeigt eine Anordnung, bei der zwei Düsen 16 und 16' in der gürteiförmigen Ausbuchtung 17 (entsprechend 5 in F i g. 1) vorhanden sind. Die Düsen 16 und 16' sind mit einer Zufuhrleitung 18 (entsprechend 4 in F i g. 1) verbunden und tangential zur Ausbuchtung 17 (übereinstimmend mit der Düsenrichtung im Reaktor 1 F i g. 1) orientiert. In der in F i g. 5 gezeigten Anordnung sind vier Düsen 19 bis 19'" in der gürteiförmigen Ausbuchtung 20 (entsprechend 5 in Fig. 1) vorhanden, und diese Düsen 19 bis 19'" sind mit der Zufuhrleitung 21 (entsprechend 4 in Fig. 1) verbunden und ebenfalls trangential zur der Ausbuchtung 20 orientiert

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Verkoken bei der Herstellung von Pech und einer ölfraktion aus einem schweren Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Asphalt, Kohleteer, schwerem Öl oder Rohöl durch thermisches Cracken auf einfache Weise vermieden, so daß das Verfahren ohne Verkoken kontinuierlich durchgeführt werden kann. Das beim erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte als Bindepech geeignete Pech liefert beim Vermischen mit nur schwach oder gar nicht verkokender Kohle stark verkokende Kohle, die zur Herstellung von für Hochöfen geeignetem Koks erforderlich ist Dies trägt dazu bei, das Problem des Mangels an stark verkokender Kohle zu überwinden. Außerdem kann die darüber hinaus erhaltene Ölfraktion nach Raffinierung in einem herkömmlichen Entschwefelungssystem als Brennstofföl oder als Zusatz zu solchen Ölen verwendet werden.

Beispiel 1

Ein auf 490° C vorerhitzter Vakuumrückstand von Khafji-Rohöl wurde am Boden eines zylindrischen

Reaktors mit einem Innendurchmesser von 600 mm und einer Höhe von 6 m in einer Menge von 300 kg/h zusammen mit überhitztem Dampf mit einer Temperatur von 700⁰C in einer Menge von 100 kg/h zum thermischen Cracken des Vakuumrückstands bei einer Temperatur von 420⁰C zur Herstellung von Bindepech und einer Ölfraktion in den Reaktor eingespeist. Die flüssige Phase im Reaktor reicherte sich mit geschmolzenem Pech an und dieses geschmolzene Pech, dessen Oberflächenhöhe kontrolliert wurde, wurde kontinuierlich am Boden des Systems abgenommen. Die erzeugte Ölfraktion und der Dampf wurden ebenfalls kontinuier-

Tabelle 1

IO lieh am Kopf des Reaktors abgezogen. Wenn keine Naßwand in dem Reaktor ausgebildet wurde, bildete sich eine 120 mm dicke Koksschicht auf der Innenwand des Reaktors nach 200 Betriebsstunden, und der Reaktor war nahezu verstopft Waren jedoch im oberen Teil des Reaktors zwei Düsen angebracht und wurde das geschmolzene Pech zu den Düsen (ohne einen vorhandenen Vorratsbehälter) geleitet und erfindungsgemäß tangential in den Reaktor unter Ausbildung einer Naßwand eingespritzt, wurden wie Tabelle 1 zeigt, auch nach 200 Betriebsstunden ausgezeichnete Ergebnisse erhalten.

Versuch Nr.

Bildungsgeschwindigkeit der Naßwand (m³/h · m) Eintrittstemperatur des die Naßwand bildenden Materials (''C) Koksbildung (mm) 420

5,85
420
6

Die Ergebnisse der Versuche 1 und 2 sind weit besser als die ohne Ausbildung einer nassen Wand. Das etwas schlechtere Ergebnis des Versuchs 1 im Vergleich zum Versuch 2 deutet auf eine in gewisser Weise unzulängliche Bildungsgeschwindigkeit der Naßwand hin.

Beispiel 2

Ein zylindrischer Reaktor gemäß Beispiel 1 wurde mit einer in Fig.3 gezeigten Anordnung zur Ausbildung einer Naßwand versehen. Diese Anordnung zur

Tabelle 2

Ausbildung einer Naßwand wies eine Ausbuchtung auf, die aus einem um den Reaktor herumgelegten, in der Mitte durchgeschnittenen Rohr mit einem Durchmesser von 5,08 cm bestand und zwei Düsen mit einem Durchmesser von 1,91 cm in tangentialer Richtung zur Ausbuchtung, wie in F i g. 4 gezeigt, besaß.
Unter Verwendung dieses Reaktors wurde zur Herstellung von Bindepech und einer Ölfraktion ein Vakuumrückstand von schwerem iranischen Rohöl der thermischen Crackung unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

	Vergleichsbeispiele	2	Erfindungs
		180	gemäße
			Versuchs-
		300	durch-
		491	führung
		415
			3
Betriebszeit (h)		130	180
Material		685
Beschickung (kg/h)	Versuch Nr.		300
Beschickungstemperatur (⁰C)	1	7,5	488
Reaktortemperatur (⁰C)	180	4,0	415
Dampf		415
Beschickung (kg/h)	300	290	130
Temperatur (°C)	485	60	685
Die Naßwand ausbildendes Material	414
Beschickung (m³/h)		15
Fließgeschwindigkeit (m³/h · m)	130	8,0
Eintrittstemperatur (⁰C)	685	415
Öl in der ringförmigen Röhre (⁰C)		295
Koksbildung (mm)	0	5
0
-
-
125

Wie sich aus den Ergebnissen von Tabelle 2 ergibt, führt die Verwendung der Anordnung zur Ausbildung einer Naßwand zu einer enormen Verminderung der Koksbildung im Vergleich zu den Versuchen ohne eine solche Anordnung. Im Versuch Nr. 2, bei dem die Bildungsgeschwindigkeit der Naßwand unzureichend war, wurde eine erhebliche Koksbildung beobachtet. Bei einer Bildungsgeschwindigkeit der Naßwand war die Koksbildung jedoch nur sehr gering, was die Leistungsfähigkeit der Erfindung deutlich macht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum thermischen Cracken schwerer Kohlenwasserstoffe in einem zylindrischen Reaktor, dadurchgekennzeichnet, daß man

a) einen Teil des im Reaktor befindlichen Materials entnimmt und

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe a) dem Crackprozeß unterworfenes Material vom Boden des Reaktors entnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus dem Reaktor entnommene Material in einer Menge von 5 bis 20 m³/h je 1 m Reaktorumfang einspritzt.