DE2702678A1

DE2702678A1 - Verfahren zur katalytischen umwandlung von kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2702678A1
Application number: DE19772702678
Authority: DE
Inventors: Conroy Donald Anderson; Klaus Wilhelm Schatz; Jun Paul W Snyder
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1977-01-24
Publication date: 1977-09-01
Also published as: AR230577A1; BR7700584A; BE851741A; MX144110A; IN148596B; NL7701853A; DE2702678C2; JPS52104505A; IT1071341B; GB1542217A; US4043899A; FR2342331B1; ZA77459B; JPS6021197B2; CA1090730A; AU2227477A; FR2342331A1; AU504045B2

Description

Dr.D.Thomsen PATE NTANWALTS BORO

& Telefon (080) 530211 O T Π O C T O

W.Weinkauff «^JT ^2?°²⁶⁷⁸

' 3. Cable address

PATENTANWÄLTE Dr. rer. nat O. Thomsen Dlpl.-Ing. W. Walnkauff

(Fuchshohl 71)

Draadnar Bank AQ. München, Konto I «74 VB

8000 München 2 KalMr-Ludwtg-Ptatz6 24. Januar 1977

Mobil Oll Corporation New York, N.Y., USA

Verfahren zur katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Abtrennung fein zerteilter fluldlslerbarer Katalysatorteilchen aus gasförmigen Reaktionsprodukten, insbesondere auf das Verfahren und die Vorrichtung zur Verbesserung der Abtrennung suspendierter Katalysatorteilchen aus einem gasförmigen Produktstrom in einer Zyklon-Trennanlage.

Bei einem zyklonartigen Abscheider wird eine ein gasförmiges

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Material mit mitgerissenem, fein zerteiltem, festem Material enthaltende Suspension In den Abscheider tangential eingeführt, so daß die Suspension eine spiralartige oder zentrifugale Wirbelbewegung erfährt. Die Zentrifugalkraft wirft die Feststoffe an die andere Wand des Zyklonabscheiders, und sie fallen dann an dessen Wandung in einen Feststoffe aufnehmenden Trichter darunter zum Abführen z.B. Über ein Standrohr oder einen Tauchfuß. Das so von den Feststoffen abgetrennte gasförmige Material wird über eine offene Zentralleitung abgeführt, die sich von einer Ebene unterhalb der tangentialen Eintrittsöffnung der Suspension durch den oberen Teil des Zyklonabscheiders nach oben erstreckt. Eine besonders nützliche Anwendung der Vorrichtung ergibt sich in Verbindung mit organischen Reaktionen, die fluidisierbare Katalysatorteilchen einsetzen, wie z.B. die katalytische Behandlung von Erdölfraktionen durch Cracken, die Synthese von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die überführung von Methanol in flüssige Kohlenwasserstoffe oder andere bekannte Arbeitsweisen mit fluidisiertem Katalysator.

Bei den heutigen modernen Verfahren, wie z.B. den katalytischen Riser-Crackverfahren, werden enorme Mengen an in gasförmigen Stoffen suspendiertem Katalysator in katalytischen Riser-Crackanlagen gehandhabt, und nach dem UmwandlungsVorgang der Suspension in der Riser-Einheit oder der Umwandlungszone müssen die Suspensionen rasch In eine Katalysatorphase und eine gasförmige Phase aufgetrennt werden.

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Die Erfindung ist insbesondere mit der Verbesserung der Trenntechnik für eine Suspension befaßt, um die Verluste sowohl der Katalysatorphase als der gasförmigen Phase zu senken. Insbesondere jedoch bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Trennung der gasförmigen Produktphase von der Katalysatorphase zu dem Zeitpunkt, wenn eine oder mehrere gewünschte chemische Reaktionen in Gegenwart des Katalysators abgelaufen sind.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Erzielung einer raschen Trennung einer Produktsuspension, die Fließbettkatalysatorteilchen enthält, nach dem Durchströmen einer Umwandlungszone mit kurzer Kontaktzeit innerhalb eines Zeitraums von normalerweise weniger als etwa 15 see, um ein übermäßiges Ausdehnen der gewünschten Umwandlungsreaktionen zu vermeiden. Bei den modernen Arbeitsweisen ist es nicht unüblich, Riser-Umwandlungszonen zu verwenden, um verhältnismäßig kurze Kontaktzeit-Reaktionsfolgen zu erzielen, wie z.B. beim katalytischen Cracken von Erdölfraktionen, und die die Reaktionsprodukte enthaltende Suspension direkt in eine Zyklonabscheideranlage abzulassen, die sich am Ende der Riser-Umwandlungszone befindet. Derzeitige Zyklonanlagen jedoch erlauben weiteren unerwünscht langen Kontakt zwischen der Produktphase und der Katalysatorphase eines Teils der ausgebrachten Suspension. Es hat sich gezeigt, daß dieser verlängerte Kontakt zu einem Verlust an erwünschtem Produkt beiträgt, der sich bis zu etwa 10 % belaufen kann. So wurde ermittelt, daß der Ver-

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lust an Benzinausbeute aufgrund eines Ubercrackens Im Bereich von 015 bis etwa 1,5 Volumenprozent, bezogen auf frische Beschickung, liegen kann. So besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Erlangung einer rascheren Trennung der Produktdämpfe beim katalytischen Cracken von den suspendierten Katalysatorteilchen, insbesondere in der am Ende des Riser-Crackens mit verhältnismäßig kurzer Kontaktzeit angeordneten Zyklonanscheideranlage.

Erfindungsgemäß sind die am Austragsende eines Risers angebrachten Zyklonabscheider wie in Fig. I gezeigt abgewandelt/ sie weisen einen zusätzlichen nach unten ragenden zylindrischen Abschnitt mit einem unteren Zyklon auf. Bei dieser Anordnung wird aus dem gasförmigen Material Im oberen Zyklon abgetrennter und dessen Wand herabrutschender Katalysator von der Wand durch eine nach unten geneigte, schrauben- oder kreisförmige Scheidewand, die den oberen und den unteren Zyklon voneinander trennt, abgeschabt. Der von der schraubenförmigen Scheidewand gesammelte Katalysator wird mit tangential eingeführtem Dampf in Berührung gebracht, wobei praktisch sofort jegliches mitgerissene Kohlenwasserstoffprodukt von dem aus dem oberen Zyklon gewonnenen Katalysator abgetrennt wird. Dieser von Kohlenwasserstoffen befreiende Dampf und die abgetrennten Kohlenwasserstoffe werden vom unteren Zyklon zum oberen Zyklon über ein konzentrisches zylindrisches Rohr mit offenen Enden geführt, das mit dem Dampfaustritt des oberen Zyklons fluchtet, aber zu diesem im Abstand angeordnet ist.

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Das Wirbeln des zentrifugal befreiten Katalysators im unteren Zyklon kann durch Zusatz eines Wirbelbrechers im unteren, den Katalysator auffangenden Abschnitt der Kombinationszyklon-Abscheidungseinheit gehemmt oder verhindert werden. Der den Katalysator auffangende Abschnitt ist normalerweise ein konischer Abschnitt zwischen den zylindrischen Wandungen des Zyklonabscheiders und dem Katalysator-Tauchfuß, durch den der Katalysator abgezogen wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und AusfUhrungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren; von diesen zeigt

Fig. I einen schematischen Aufriß eines erfindungsgemäß verbesserten Zyklons;

Fig.II einen schematischen Aufriß eines Riser-Reaktors mit dem erfindungsgemäßen Zyklon der Fig. I, angebracht am Ausgang des Risers; die Kombination befindet sich in einem größeren Behälter, der eine Katalysator-Strippingzone in seinem unteren Teil und eine Zyklonabscheidereinrichtung zum Abtrennen des Katalysators vom Stripping-Gas in seinem oberen Teil aufweist;

Fig.III ein Diagramm, das die Menge der durch einen herkömmlichen Zyklon-Tauchfuß mit Katalysator entfernten Kohlenwasserstoffe darstellt und zeigt, daß diese mit der Katalysatorbeladung abnimmt;

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Flg. IV ein Diagramm, das zeigt, daß Kohlenwasserstoffe zu einem hohen Prozentsatz vom Katalysator durch Steigerung der Dampfmenge und der Katalysatorfließrate verdrängt oder entfernt werden können;

Fig. V ein Diagramm, das zeigt, daß die in Fig. IV angegebenen Ergebnisse ohne wesentlichen Verlust der Zyklon-Leistungsfähigkeit bei Verwendung der erfindungsgemäßen Stripper-Zyklon-Kombination erhalten werden können.

In Fig. I ist die erfindungsgemäße Stripper-Zyklon-Kombination schematisch dargestellt. Der Zeichnung ist zu entnehmen, daß ein typischer Zyklonabscheider durch Verlängerung des Zyklon-Katalysatorsammeltrichters abgewandelt worden ist, so daß dieser die spezielle Katalysatorsammei- und Strippereinrichtung gemäß der Erfindung aufweist, wodurch eine zweite Zyklon-Abscheideranordnung unter dem oberen oder ersten Zyklonabscheider entsteht. In der Anordnung der Fig. I wird eine Suspension von Katalysator und Reaktionsprodukten, wie z.B. Produkten des katalytischen Crackens, in dem Zyklon über eine Leitung 2 eingeführt, die eine rechtwinklige oder kreisförmige Leitung sein kann. Die Leitung 2 führt die Suspension tangential in den zylindrischen Zyklonabschnitt 4 ein und führt zu einer Zentrifugaltrennung der festen Katalysatorteilchen von den dampf- oder gasförmigen Reaktionsprodukten. Hie oben erwähnt, rutschen die abgetrennten festen Teilchen an der zylindrischen Wand 4 nach unten und werden, wie erörtert, gesammelt

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und/oder von den Reaktionsprodukten befreit. Von den Feststoffen oder Katalysatorteilchen abgetrenntes dampfförmiges Material gelangt in die unten offene Eintrittsöffnung der Leitung 6 und wird nach oben durch die Leitung 6 zur Gewinnung entfernt, wie im einzelnen im Zusammenhang mit Fig. II erörtert.

Die zentrifugal abgetrennten Feststoffe, die die Wand des Zyklonabscheiders entlang nach unten rutschen, werden durch den ringförmigen Abschnitt geführt, der zwischen einem zweiten, offenendigen, zylindrischen Rohr 8 von kleinerem Durchmesser als der der Sanuneltrichterwand 10 des Zyklons ausgebildet und koaxial darin angeordnet ist, aber nach unten hin einen Abstand vom offenen Bodenende der Leitung 6 einhält. Eine abwärtsgeneigte, ringförmige oder schraubenartige Scheidewandeinrichtung 12, das Rohr 8 und die Wand 10 verbindend und das Rohr 8 vollständig umschreibend, weist eine senkrechte öffnung 14 in einem Teil des Ringes auf, durch die die abgetrennten Feststoffe in eine zweite ringförmige Zone in Kontakt mit abtreibendem Dampf fließen müssen, der tangential durch die Leitung 16 eingeführt wird. Auch die Leitung 16 kann rechtwinklig oder kreisförmig sein, um den abtreibenden Dampf tangential in den Zyklon unterhalb der Scheidewand und dem Katalysatoreinlaß 12 einzuführen. Der durch die öffnung oder den Einlaß 12 eintretende Katalysator wird mit Dampf zusammengebracht, der über die Leitung 16 eingeführt wird, und darauf wird das Gemisch durch die Zentrifugalwirkung des ringförmigen

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Abschnitts unter der Scheidewand 12 und zwischen dem unteren Teil des Rohrs 8 und der zylindrischen Wand 18 des Zyklonabscheiders getrennt. Der von Reaktionsprodukten befreite und abgetrennte Katalysator, der wie oben beschrieben anfällt, gleitet dann die Wand 18 hinab und wird in einem durch die Wand 20 gebildeten konischen Trichter gesammelt. Ein Katalysator-Tauchrohr 22 ragt vom Boden des konischen Abschnitts mit der Wand 20 nach unten. Abgetriebene Kohlenwasserstoffe und der abtreibende Gasstrom, vom Katalysator getrennt, strömen durch die offenendige Leitung 8 nach oben und in das unten offene Ende der Leitung 6.

In der schematischen Darstellung der Fig. II ist der Stripper-Zyklon der Fig. I dargestellt, wie er am Austragsende einer Riser-Umwandlungszone 24 angebracht und in einem größeren Behälter 26 untergebracht ist. Der untere Teil des Behälters 26 und insbesondere mit dem zylindrischen Abschnitt 28 wird normalerweise als Prallflächen 32, 34 und 36 aufweisender Abschnitt zum Abtreiben von Reaktionsprodukten vom Katalysator verwendet. Zum Abtreiben bestimmter Dampf wird in dessen unteren Teil über Leitungen 38 und 40 eingeführt. Die Füllhöhe des in diesem Abschnitt gehaltenen Katalysators kann so hoch sein, wie etwa durch die Linie 42 angedeutet, wird aber normalerweise so niedrig wie möglich gehalten, in Übereinstimmung mit der Erzielung des gewünschten Entfernens oder Abtreibens der Produkte vom Katalysator. Das Tauchrohr 22 kann tiefer in den Behälter hinabragen, als die

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Situation es erfordert. Von Reaktionsprodukten befreiter Katalysator wird der Abtreibzone über die Leitung 44 zur Überführung in eine nicht dargestellte Katalysator-Regenerierzone abgezogen. Eine Kohlenwasserstoff/Katalysator-Suspension strömt durch den Riser 24 unter den gewünschten ausgewählten Crackbedingungen gewöhnlich bei einer Temperatur über 482 ⁰C und bei einer Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe mit dem suspendierten Katalysator von weniger als etwa 1 5 see nach oben. Die Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe im Riser 24 kann auf 2 bis 8 see bei einer Reaktionstemperatur von etwa 527 C oder darüber begrenzt werden. Die Suspension im Riser 24 tritt nahe seinem oberen Ende durch eine Öffnung 2 in die speziell unter Bezugnahme auf Fig. I gezeigte und erörterte Stripper-Zyklonanordnung. Abgetrenntes gas- oder dampfförmiges Material, das die Kohlenwasserstoffe und das abtreibende Gas enthält, strömt nach oben durch die Leitung 6 in einen oberen Teil des Behälters 26 oder kann direkt in eine Plenumkammer 46 strömen, von der es über die Leitung zum Übertritt in eine nicht dargestellte Produktfraktionieranlage abgezogen wird. Wenn dieses im Zyklon 4 abgetrennte Material in den oberen Teil des Behälters 26 gelassen wird, muß es dann durch den Zyklon 52 und die Leitung 54 in die Kammer 46.

Vom Katalysator im Abtreibabschnitt 28 des Behälters 26 abgetriebene und abgetrennte Produkte und Abtreibgas gelangen durch die Rundöffnung 50 des Zyklonabscheiders 52, in dem

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mitgerissene Katalysatorfeinteilchen vom Abtreibgas abgetrennt werden, bevor das Gas durch die Leitung 54 In die Plenumkammer 46 übertritt. Die abgetrennten Katalysatorfeinteilchen werden in einem Trichter 56 gesammelt und über das Tauchrohr 58 zur Rückführung zum Katalysatorbett 60 im Bodenteil des Behälters 26 abgezogen. So wurdendie Vorrichtung und die Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Konzepts, insbesondere angewandt auf die katalytische Crackung von Kohlenwasserstoffen, bei der Erörterung der Figuren I und II dargestellt.

In Fig. III sind erhaltene Daten aufgetragen; sie zeigt die Menge der Kohlenwasserstoffe, die einen Zyklonabscheider mit dem Katalysator über die Tauchrohre unter verschiedenen Bedingungen der Katalysatorbeladung verlassen können. Das Diagramm versteht sich im wesentlichen von selbst und zeigt, daß mit zunehmender Katalysatorbeladung die Mengen an verlorengegangenen Kohlenwasserstoffen abnehmen.

In Fig. IV sind erhaltene Daten aufgetragen; sie zeigt den Prozentsatz an Gesamtkohlenwasserstoffen, die unter verschiedenen Bedingungen des Abtreibens mit Dampf und der Katalysatorbeladung das Zyklontauchrohr verlassen. So führt zunehmende Kohlenwasserstoffmenge leicht zu einem erhöhten Ubercracken von Produkten, was die Ausbeute an gewünschten Benzinprodukten um bis zu 1,5 Volumenprozent, bezogen auf die Beschickung, senkt. Dieser Ausbeuteverluat wird besondere

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deutlich durch die Diagramme der später erläuterten Flg. VI.

Flg. V 1st ein Diagramm erhaltener Daten, das die Wirkung des Abtreibens mit Dampf Im Zyklon auf die Leistungsfähigkeit des Zyklons unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kombination von Abtreibeinrichtung und Zyklon veranschaulicht. Den Daten ist zu entnehmen, daß die Trennleistung des Zyklons nicht unerwünscht beeinflußt wird, aber in dem Maße, wie das Volumen des abtreibenden Dampfs zunimmt, abfällt. Auf jeden Fall ist der Wirkungsgrad des Zyklons wenigstens etwa 95 %.

Fig. VI ist ein Diagramm erhaltener Daten, das einen Vergleich zwischen einer kleinen Technikumsanlage unter Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts und einer kommerziellen Arbeitsweise ohne die Vorteile des Konzepts der Kombination von Abtreibeinrichtung und Zyklon wiedergibt. Diese Daten zeigen eine Verbesserung der Benzinausbeute in der kleinen Technikumsanlage unter Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts und eine Senkung der Trockengasausbeute.

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Claims

Patentansprüche

>J/ Verfahren zur katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in einer Riser-ümwandlungszone, wobei fluidisierte Katalysatorteilchen von Kohlenwasserstoff-Produkten abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension von Kohlenwasserstoffen und Katalysator durch eine Riser-ümwandlungszone unter Umwandlungsbedingungen bei erhöhter Temperatur nach oben geführt, die Suspension von der Riser-Umwandlungszone direkt in eine Zyklon-Abscheiderzone, in der eine Trennung zwischen den fluidisierten Katalysatorteilchen und dampf- oder gasförmigen Kohlenwasserstoff produkten erfolgt, geführt, der so abgetrennte Katalysator praktisch sofort durch eine ringförmige Zone mit einem abtreibenden Gas in Berührung gebracht und das vom Katalysator in der ringförmigen Zone abgetrennte abtreibende Gas und die abgetriebenen Produkte durch einen verengten, offenendigen, mit einer Leitung zum Entfernen der abgetrennten Kohlenwasserstoffdämpfe aus der Zyklon-Abscheiderzone in offener Verbindung stehenden Durchgang nach oben geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur über 527 ⁰C bei einer Kohlenwasserstoff-Verweilzeit im

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ORIGINAL INSPECTEO

Bereich von 2 bis 8 sec durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Hilfe des Zyklons von den Kohlenwasserstoffdämpfen abgetrennte Katalysator direkt durch einen verengten Durchgang in eine ringförmige Abtreibzone unmittelbar unter der Zyklon-Abscheiderzone geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der offenendige, verengte Durchgang von der ringförmigen Abtreibzone umgeben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtreiben der Produkte vom Katalysator in der ringförmigen Zone Dampf verwendet wird.

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