DE2743849A1

DE2743849A1 - Fluid-krackverfahren

Info

Publication number: DE2743849A1
Application number: DE19772743849
Authority: DE
Inventors: James Henry Haddad; Scott Albert Heffley
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1977-09-29
Publication date: 1978-04-06
Also published as: GB1593157A; FR2366056B1; JPS6129996B2; CA1110568A; AU2919277A; ZA775631B; JPS5343704A; FR2366056A1; IT1085043B; DE2743849C2

Description

Beschreibung

Das Gebiet des katalytischen Krackens und insbesondere das Arbeiten mit Fluid-Katalysator hat beträchtliche Entwicklungsverbesserungen in erster Linie aufgrund von Fortschritten bei der Katalysator-Technologie und der dadurch erhaltenen Produktverteilung erfahren. Mit dem Aufkommen hochaktiver Katalysatoren und insbesondere kristalliner Zeolith-Krackkatalysatoren stieß man auf neue Bereiche der Betriebstechnologie, was sogar neue Entwicklungen der Verarbeitungstechniken erforderlich machte, um von der hohen Katalysator-Aktivität, -Selektivität und-Betriebsempfindlichkeit zu profitieren. Die Erfindung ist daher mit einem Kombinationsverfahren befaßt, zu dem Kohlenwasserstoff-Umwandlung und das Regenerieren des dazu verwendeten Katalysators gehört. In einer besonderen Ausführungsform ist die Erfindung mit der Verbesserung der Technik der Verwendung eines wenig kokserzeugenden kristallinen Zeolith-Ümwandlungskatalysators für Kohlenwasserstoff befaßt.

Die Erfindung bezieht sich auf die Umwandlung von Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial in Gegenwart eines hochaktiven fluidisierbaren kristallinen Zeolithen mit Katalysatorteilchen und die Regenerierung der Katalysatorteilchen zur Entfernung desaktivierender Koksabscheidungen durch Brennen. In einem weiteren besonderen Aspekt befaßt sich die Erfindung mit dem Verfahren und einem System zur Trennung

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fluidisierbarer Katalysatorteilchen von Umwandlungsprodukten und insbesondere von einem hochaktiven kristallinen Zeolith-Krackkatalysator unter wirksameren Abtrennbedingungen unter Herabsetzung des Uberkrackens von Umwandlungsprodukten und verbesserter Gewinnung gewünschter Produkte einer Kohlenwasserstoff-Umwandlung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung mit einer besonderen Beziehung der Betriebs-Parameter befaßt, die in einer die Entfernung desaktivierender Abscheidungen kohlenstoffartigen Materials von hochaktiven Kohlenwasserstoff-Umwandlungskatalysatorteilchen in suspendierter Katalysator-Phase fördernder und auf erhöhte Temperatur erhitzender Weise gekoppelt sind. Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Erfindung mit der Abtrennung und Gewinnung mitgerissener Katalysatorteilchen von gasförmigen Produkten aus einer Kohlenwasserstoff-Umwandlung in einem Riser mit Kurzkontaktzeit befaßt.

Der verwendete Kohlenwasserstoff-Umwandlungskatalysator ist bevorzugt ein hochaktiver kristalliner Zeolith-Katalysator fluidisierbarer Teilchengröße, der in suspendierter oder dispergierter Phase im allgemeinen nach oben durch eine oder mehrere Riser-Umwandlungszonen verfrachtet wird und dabei eine Kohlenwasserstoff-Verweilzeit in jeder Umwandlungszone im Bereich von 0,5 bis etwa 10 Sekunden und üblicherv/eise von weniger als etwa 8 Sekunden schafft. Hochtemperatur-Riser-KohlenwasserstoffUmwandlungen bei wenigstens 538 C (10OO F) und 0,5 bis 4 Sekunden Kohlenwasserstoff-Verweilzeit in Berührung mit dem Katalysator im Riser ist für manche Arbeits-

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weisen wünschenswert, bevor mit dem Abtrennen dampfförmiger Kohlenwasserstoff-Produkte vom Katalysator begonnen wird. Rasche Abtrennung vom Katalysator von den aus einer Riser-Umwandlungszone abströmenden Kohlenwasserstoffen ist besonders wünschenswert zur Begrenzung der Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe. Während der Kohlenwasserstoff-Umwandlung sammeln sich auf den Katalysatorteilchen kohlenstoffhaltige Abscheidungen an, und die Teilchen reißen beim Entfernen aus der Katalysator-Umwandlungsstufe Kohlenwasserstoff-Dämpfe mit. Die mitgeschleppten Kohlenwasserstoffe werden weiterem Kontakt mit dem Katalysator unterworfen, bis sie mit mechanischen Mitteln und Strippinggas in einer getrennten Katalysator-Strippingzone entfernt werden. Kohlenwasserstoff-Umwandlungsprodukte, die vom Katalysator abgetrennt sind, und gestrippte Stoffe werden vereinigt und einer Produktfraktionierungsstufe zugeführt. Dann wird gestrippter Katalysator, der desaktivierende Mengen kohlenstoffartigen Materials enthält, das nachfolgend als Koks bezeichnet wird, einer Katalysator-Regenerierung zugeführt.

Durch das Regenerieren des dichten Fluid-Katalysatorbettes gemäß der Erfindung gelingt die Entfernung von auf den Katalysatorteilchen abgeschiedenem Koks oder kohlenstoffhaltigem Material durch Brennen in Gegenwart von sauerstoffhaltigem Regeneriergas. Die Gewinnung verfügbarer Wärme durch einen solchen Koksentfernungsvorgang ist ein wesentlicher Teil des Krackvorgangs. Die erfindungsgemäße Regeneriertechnik stützt

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sich auf die Einführung desaktivierten Katalysators in einen oberen Teil einer dichten Katalysator-Fluidmasse, fluidisiert durch ausströmendes, sauerstoffhaltiges Regeneriergas. Diese dichte Katalysator-Fluidmasse ist von einer stärker dispergierten Katalysator-Phase überlagert. Ein verhältnismäßig hohes Temperaturprofil wird bei der Katalysator-Regenerierung aufrechterhalten. Die Geschwindigkeit des nach oben strömenden, die zu regenerierende Katalysatormasse fluidisierenden Regeneriergases wird im Bereich von 0,30- 0,91m/sec (1 bis 3 ft./see) gehalten, um den gewünschten Kontakt des Katalysators mit dem Sauerstoff-Regeneriergas in einem oberen Teil zu erhalten, um insbesondere die Verbrennung von Kohlenmonoxyd in den Verbrennungsgasen zu bewerkstelligen.

Das hohe Temeraturprofil des Regeneriervorgangs wird durch Mischen heißen Katalysators mit kohlenstoffhaltigem Material aus dem Strippvorgang mit einem Teil eines dichten Fluidbettes regenerierten Katalysators gefördert, sodaß beim Kontakt mit vorerhitztem, sauerstoffhaltigem Regeneriergas, wie z.B. Luft, die Verbrennung kohlenstoffhaltiger Abscheidungen rasch gefördert wird.

Eine bedeutsame Beobachtung, die zum Arbeitskonzept der Erfindung beiträgt, ist die weitere Feststellung, daß ein Kohlenstoffmonoxyd-Oxydations-Promotor im zu regenerierenden Katalysator zur Förderung der Gewinnung verfügbarer Wärme durch Förderung der Verbrennung von Kohlenmonoxyd

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zu Kohlendioxyd zugesetzt werden kann. Sowohl bei einem Einzelzeolith-Katalysatorumwandlungsvorgang als auch bei einem solchen, bei dem sowohl ein groß- als auch ein kleinporiger kristalliner Zeolith verwendet wird, kann der Oxydations-Promotor in irgendeiner von mehreren verschiedenen Weisen dem Katalysator zugesetzt werden. Zum einen kann der Oxydations-Promotor mit der kleinerporigen Zeolithkomponente alleine zusammengemischt werden. Der Oxydations-Promotor kann einem von einer Katalysator-Strippingzone abgezweigten Katalysatorstrom in einer Riser-Kontaktzone im oberen Teil der Stripperzonen zu einem Katalysator-Zusatzstrom, direkt dem verkokten Katalysator in der Strippingzone des Kohlenwasserstoff-Umwandlungsvorgangs zugesetzt werden. Ferner kommt es in Betracht, die Temperatur irgendeines der oben abgetrennten Katalysatorströme unter etwa 26O°C (500°F) beim Kontakt mit dem Oxydations-Promotor zu halten. Es kommt auch in Betracht, den Oxydations-Promotor in verhältnismäßig verdünnt-flüssiger Form zuzusetzen, indem er direkt in das Katalysatorbett in der Regenerierzone gesprüht wird. Die erfindungsgemäße kombinierte Arbeitsweise eignet sich besonders gut zur Erzielung einer guten Mischung des Oxydations-Promotors dadurch, daß er in einem Bereich mit verhältnismäßig hoher Turbulenz gegeben wird, was zu guter Durchmischung führt, wie z.B. in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar hinter oder in der Mündung des Regelorgans für den Strom verbrauchten Katalysators im Verbraucht-Katalysator-Standrohr· Die zugesetzte Oxydationskomponente

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kann eine solche aus der Gruppe der Metalle und der Verbindungen wie Kupfer, Nickel, Chrom, Manganoxyd, Kupferchromit und Platingruppenmetalle, wie Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium, Ruthen und Rhenium, sein. Die Promotor-Zusatzmenge variiert mit der gewählten Komponente. Vorzugsweise wird eine verhältnismäßig kleine Menge an Oxydationspromotor zugesetzt, und die gewählte Komponente sollte eine solche sein, die die Kohlenwasserstoffumwandlung nicht in unerwünschter Weise beeinflußt. Eine besonders brauchbare Komponente, die in kleinen Mengen zur Förderung der Verbrennung von Kohlenmonoxyd in oxydierender Atmosphäre zugesetzt werden kann, ist Platin oder Palladium. Wird ein kleinporiger kristalliner Zeolith, wie ein kristalliner ZSM-5-Zeolith, mit einem größerporigen Zeolithen, wie einer kristallinen Faujasit-Zeolithkrackkomponente eingesetzt, kann der Metall-Oxydations-Promotor dem Gemisch oder dem kleinporigen kristallinen Zeolithen alleine mit vorteilhaften Ergebenissen zugesetzt werden, da er nicht so leicht durch Koks desaktiviert, wie der größerporige Zeolith. Wichtig ist es, Kohlenmonoxyd-Oxydations-Promotor-Metall in einer Weise einzusetzen, die es dem Kohlenmonoxyd aussetzt, das sich beim Brennen der kohlenstoffhaltigen Abscheidungen mit dem sauerstoffhaltigen Regeneriergas bildet. Eine geeignete Methode, diesen Zweck zu erreichen, besteht darin, den Oxydations-Promotor direkt auf die verkokte Oberfläche des desaktivierten oder verbrauchten Katalysators vor dessen Einbringen in die Regenerierzone auf zubringen. Dies kann nach einer der obengenannten Methoden

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geschehen, vorzugsweise so, daß der Promotor einem kalten Strom der Regenerierung zugeführten Katalysators zugesetzt wird. Die Zugabe eines Oxydationspromotors kann in Mengen im Bereich von 0,1 bis 100 TpM der Oxydations-Metallkomponente, bezogen auf die eingesetzte endgültige Katalysatorzusammensetzung, erfolgen. Für Platingruppenmetalle werden bevorzugt weniger als 10 TpM des Oxydationspromotors, bezogen auf die Katalysatorzusammensetzung, eingesetzt. Das Platingruppenmetall kann dem Krackkatalysator als Metall, Oxyd, Sulfid, Halogenid, Sulfat oder Carbid zugesetzt werden oder in dieser Form mit ihm vorliegen.

Die Regenerierzone oder der Regenerierbehälter kann praktisch jede allgemein zylindrische Form großen Durchmessers in einem Bodenteil und zu einem kleineren Durchmesser in einem oberen Teil zusammenlaufend annehmen, um einen allgemein aufwärts strömenden Katalysator-Regeneriervorgang zu liefern. Die Regenerierzone ist bevorzugt eine solche, die zu den hier definierten Betriebsparametern führt.

Regeneriertechnik und -system gemäß der Erfindung werden in beträchtlichem Ausmaß durch Mischen regenerierter Katalysatorteilchen mit durch Koks desaktivierten Katalysatorteilchen in einem Verhältnis unterstützt, das besonders die Koksverbrennungs-Temperaturbedingungen fördert. Ein dichtes Katalysatorbettphasen-Regeneriersystem, überlagert von einer stärker dispersen Phase von Katalysatorteilchen, kann die Basis

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für die Förderung der Verbrennung von Koks und gebildetem CO zu CO- sein. Dies ist zusammen mit der Gewinnung von so durch die Katalysatorteilchen erzeugter Wärme erwünscht, die in aufströmendem Verbrennungsgas und dessen Produkten verteilt sind. Bei einem solchen Regeneriervorgang wird der sauerstoffhaltige Regeneriergasstrom in den Boden des regenerierten Katalysatorbettes eingeführt, sodaß er durch die Katalysatormasse nach oben strömt, die sowohl verbrauchten als auch regenerierten Katalysator in dem dichten Katalysatorbett enthält. Gewünschtenfalls kann einem oberen Teil der großen dichten Katalysatormasse in der Regnerierzone ein Sekundär-Regeneriergas zugeführt werden. Vorerhitzen des Regeneriergasstroms ist besonders wünschenswert vor dem Kontakt mit dem wenig kokserzeugenden kristallinen Zeolithkatalysator, sodaß der regenerierte Katalysator nicht unerwünscht abgekühlt wird, und es wird rasch eine Verbrennungstemperatur von wenigstens 635°C (1175°F) in dem dichten Katalysatorfließbett im Regenerator erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kommt es in Betracht, kohlenstoffhaltiges Rückstandsmaterial, wie in das Regeneriersystem überführten Koks,durch Einführung von Fackel- oder Brenneröl zu ergänzen. Bei einer besonderen Ausführungsform kommt es in Betracht, Fackel- oder Brenneröl allein oder im Gemisch mit einem der oben erörterten Oxydationspromotoren dem verbrauchten, in den Regenerator überführten Katalysator oder direkt in das dichte Katalysatorfließbett im Regenerator

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zuzusetzen. Es kommt auch in Betracht, das Fackel- oder Brenneröl einem Regenerierluftleitungsbrenner-Ausgang zur Unterstützung des Verdampfens des Öls zuzusetzen.

Der vorstehenden Erörterung ist zu entnehmen, daß ein verhältnismäßig heikles Gleichgewicht der Betriebsparameter aufrechterhalten wird, um das gewünschte Abbrennen des zur Verfügung stehenden Kokses, das Verbrennen von Kohlenmonoxid in den Verbrennungsabgasen und die Gewinnung der verfügbaren, so beim Betrieb erzeugten Wärme durch den Katalysator zu erhalten. Die hier festgelegten Arbeitsbeschränkungen und Parameter werden wesentlich durch das verbrauchten Katalysator enthaltende kohlenwasserstoffhaltige Material bestimmt, der bei der hier beschriebenen Kohlenwasserstoffumwandlung anfällt.

Bei dem Teil der erfindungsgemäßen Kombinationsbehandlung, der die Kohlenwasserstoffumwandlung ausmacht, ist es wünschenswert, einen hochaktiven, kristallinen Zeolith-Umwandlungskatalysator einzusetzen, wie z.B. einen Faujasit "Y"-Zeolithen, der Krackkatalysator alleine oder im Gemisch mit einem kleinerporigen Zeolithen enthält, wie kristallinen Zeolithen der Klasse ZSM-5. Die Kohlenwasserstoffumwandlung ist vorzugsweise eine Riser-Umwandlung mit disperser Katalysatorphase mit begrenzter Kohlenwasserstoff-Kontaktzeit zwischen Katalysator und Kohlenwasserstoff-Reaktionskomponente, und zwar so gewählt, daß insbesondere die Bildung gewünschter Produkte gefördert wird, einschließlich der Stoffe mit Siedepunk-

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ten im Bereich von Kraftstoffen sowie tiefer und höher siedende Produkte. So kommt es in Betracht, die Umwandlung von Gasöl-Zufuhrmaterialien und höher siedenden Kohlenwasserstoffmaterialien unter Anwendung von Temperaturen über 482 ⁰C (900 °F) und sogar bei 566 ⁰C (1050 ⁰F) oder 593 °C (1100 ⁰F) durchzuführen. Bei solchen KohlenwasserstoffUmwandlungen ist die Katalysator/Kohienwasserstoff-Verweilzeit in einer Riser-Reaktionszone gewöhnlich auf weniger als 15 see beschränkt, und ist erwünschtermaßen in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur auf einen Bereich von 0,5 bis etwa 8 see Kohlenwasserstoff-Verweilzeit beschränkt. Für den Hochtemperaturbetrieb ist es bevorzugt, die Kohlenwasserstoff-Verweilzeit im Kontakt mit Katalysator im Bereich von 2 bis 5 see zu begrenzen und das Überkracken gewünschter Produkte auf ein Minimum zu drükken, indem die Suspension rasch, praktisch sofort nach dem Austragen aus der Riser-Umwandlungszone abgetrennt wird. Daher richtet sich ein wesentlicher Aspekt der Erfindung insbesondere auf eine Abwandlung und eine Technik sowie das Verfahren zur Erzielung einer raschen Trennung einer Kohlenwasserstoff/Katalysator-Suspension, die aus einer Hochtemperatur-Riser-Krackzone kommt.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Abtrennen einer Suspension, die aus einer Riser-Umwandlungszone unter Bedingungen ausgebracht wird, die die Katalysatorteilchen in einer Zone getrennt von ausgebrachtem gasförmigem Material restriktiv sammelt und die Strömungsrichtung der gesammelten Katalysatorteil chen ändert, so daß sie in einen nach unten begrenzten Strom

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durch Zentrifugalkräfte fließen. Die so von den Kohlenwasserstoffprodukten getrennten und gesammelten Katalysatorteilchen werden in eine offenendige, begrenzte Fallstromleitung entlassen, in der sie ohne Kontakt mit Kohlenwasserstoffdämpfen gehalten werden. Die hier als begrenzte Fallzone bezeichnete Fallstromleitung ist unterhalb der Zentrifugalabtrenneinrichtung angeordnet, so daß der abgetrennte und begrenzte Katalysatorstrom außerhalb jeden Kontakts mit Dämpfen aus der Kohlenwasserstoffumwandlung während der Überführung zu einer Katalysator-Strippingzone gehalten wird. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts kann eine Behälterumkleidung des oberen Endes des Riser-Reaktors im Querschnitt vermindert werden, da die hier beschriebene Katalysatorarm-Trennanordnung weniger Raum einnimmt als am Ende des Riser-Reaktors angebrachte Zyklon-Scheider. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Fallzone mit begrenzten Querschnittsabmessungen benachbart zur Riser-Wandung, zur Wandung des Gehäusebehälters oder in manchen Fällen dazwischen angebracht sein. Bei jeder der gewählten Anordnungen ist es wichtig, zu bedenken, daß die Verkleinerung des Gehäusebehälters auch die Katalysator-Einsatzmenge verringert. Es ist jedoch wichtig, Platz in der Nähe des Riserauslasses und unter dem Trennarm vorzusehen, der für die abgelassenen Kohlenwasserstoffdämpfe ausreicht, sich rasch von dem suspendierten Katalysator zu trennen, der den begrenzten Strom gesammelten Katalysators bildet, der in die Fallzone entlassen wird. Der fortgesetzte Kontakt von Kohlenwasserstoff dämpfen mit aus dem Riser kommendem Katalysator wird durch die erfindungsgemäße Trennung und die erfindungsgemäße Sammelan-

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Ordnung bis zu beträchtlichem Ausmaß vermieden. Die Trennung kann durch geeignete Verwendung von Strippinggas weiter verbessert werden. Beispielsweise kann Strippinggas nach oben durch Bereiche der Katalysatorkonzentration sowie in Bereichen geführt werden, auf die man sich stützt, um die Trennung von Kohlenwasserstoffdämpfen vom Katalysator unmittelbar nach dem Austritt aus dem Riser zu bewirken. Die Anordnung der erfindungsgemäßen Trennapparatur neigt dazu, den Abwärtsschub abgetrennter Kohlenwasserstoffdämpfe auf ein Minimum zu bringen, und diesem kann weiter durch die Verwendung von aufströmendem Strippinggas begegnet werden. Daher kommt es in Betracht, Strippinggas nahe dem Katalysatoreinlaß zur Fallzone als Strom in dem freien Raum zwischen der Fallzone und dem Riserreaktor-Auslaß zu verwenden. Das wie hier erörtert verwendete Strippinggas wird aus der Strippingzone rückgewonnen und führt aufwärts durch den Gehäusebehälter und in die Zyklonabscheider, wodurch Kohlenwasserstoffdämpfe rückgewonnen und in den oberen Teil des Behälters über dem Riser-Austragspunkt gebracht werden.

Fig. I zeigt schematisch im Aufriß eine Anordnung einer Apparatur zur Durchführung der katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und die Regenerierung der Katalysatorteilchen nach dem erfindungsgemäßen Konzept; Fig. II und III zeigen Abwandlungen einer Auslaßanordnung.

Gemäß Fig. I wird ein Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial, wie Gasöl alleine oder im Gemisch mit einem höher oder tiefer

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siedenden Zufuhrmaterial über eine Leitung 2 in den Boden einer Riser-Umwandlungszone 4 eingeführt. Heißer regenerierter Katalysator in einer Leitung 5, die mit einem Strömungsregelorgan 9 versehen ist, tritt in den Bodenteil des Risers 4 ein, um sich mit dem ölzufuhrmaterial unter Bildung einer Katalysator/Öl-Suspension bei erhöhter ümwandlungstemperatur von wenigstens etwa 482 C (900 F), üblicherweise wenigstens 527 ⁰C (980 ⁰F) oder 538 ⁰C (10OO ⁰F) zu vermischen. Die gebildete Suspension wird nach oben durch die Riser-Umwandlungszone 4 unter den Bedingungen erhöhter Temperatur der Kohlenwasserstoff umwandlung, vorzugsweise bei wenigstens 527 C (980 F) geführt, was das Kracken des ölzufuhrmaterials in tiefer und höher siedende Produkte, die Abscheidung kohlenstoffhaltigen Materials auf dem Katalysator eingeschlossen, fördert. Zu den gasförmigen Produktengehören Benzin, siedende Kohlenwasserstoffe, Brennöle und normalerweise gasförmige Kohlenwasserstoff produkte. Das gasförmige Kohlenwasserstoffmaterial mit suspendierten Katalysatorteilchen kann in der Riserumwandlungszone für eine Kohlenwasserstoff-Verweilzeit im Bereich von 0,5 bis 10 see gehalten werden. Mit besonderem Vorteil jedoch kann eine Kohlenwasserstoff-Verweilzeit im Bereich von 0,5 bis etwa 4 see Anwendung finden, wenn Kohlenwasserstoff-Umwandlungstemperaturen von wenigstens 538 ⁰C (1000 F) und bis zu 621 ⁰C (1150 ⁰F) angewandt werden. Die im Riser nach oben geführte Suspension wird am oberen Ende der Riser-Umwandlungszone durch peripher angeordnete öffnungen ausgebracht, die unter zwei oder mehr horizontal radial wegstehen-

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den Katalysator-Sammelarmen 6 angeordnet sind. Die Arme sind mit einer gekrümmten inneren Oberfläche versehen, die eine zyklonartige Abtrennung der Katalysatorteilchen von den Kohlenwasserstoff dämpf en fördert. Eine weitere Abwandlung dieser Auslaßanordnung ist in den Figuren II und III besonders dargestellt. Radial wegstehende Arme 6 mit einer gekrümmten inneren Oberfläche und Katalysatorteilchen einengenden Seitenwandungen sind angebracht, um eine zyklonartige Anreicherung von Katalysatorteilchen zustande zu bringen, was eine zwangsweise Trennung von Kohlenwasserstoffdämpfen fördert, die als Suspension von der Riser-Umwandlungszone kommen. Diese Zyklonsammlung und Anreicherung der Katalysatorteilchen wird angewandt, um den Strom des abgetrennten Katalysators so umzukehren, daß er als nach unten strömender begrenzter Strom konzentriert wird, der allgemein nach unten und in das offene obere Ende einer Katalysatorfallkammer 8 führt. In der Anordnung der Fig. I ist die Kammer 8 so dargestellt, daß sie nahe der Wandung des Behälters 10 liegt. Die Fallkammer 8 kann von zylindrischer, rechtwinkliger, halbzylindrischer oder jeder anderen geeigneten Form sein, die den nach unten gerichteten Katalysatorstrom in der begrenzten Zone mit der Fallkammer getrennt und außerhalb jeden wesentlichen weiteren Kontakts mit Kohlenwasserstoffdämpfen hält. In der dargestellten Anordnung ist es wesentlich, daß unter den Armen 6 am Riserauslaß und nahe dem Bereich der Katalysator-Zentrifugaltrennung genügend Platz für die Dämpfe, sich zu lösen, ist, was insbesondere die Entfernung abgetrennter Dämpfe von weiterem Kontakt mit ausge-

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brachtem Katalysator fördert.

Die Abtrennung von Kohlenwasserstoffdämpfen aus der aus
dem Riser ausgebrachten Suspension wird in beträchtlichem
Ausmaß unterstützt durch eine Vergrößerung der peripheren
Riser-Auslaßöffnung unter dem Arm 6, wie oben angegeben, so
daß deren Querschnittsfläche wenigstens das 1,5-fache der
Querschnittsfläche der Riserleitung ist. So erleichtert die
Kombination der invertierten, an ihrer Bodenseite offenen Kanalteile, die den Arm 6 bilden, mit dem vergrößerten Abdampfraum unter dem Auslaßarm besonders die rasche Trennung dampfförmigen Kohlenwasserstoffmaterials aus den suspendierten Katalysatorteilchen.

Nach der Anordnung der Fig. I wird der iri der Fallkammer 8 gesammelte Katalysator veranlaßt, zum tieferen Teil des Gehäusebehälters oder der Kammer 10 zu strömen, worin eine Masse abgetrennten Katalysators 12 gesammelt wird. Diese Masse
gesammelten Katalysators kann mit einem Strippinggas fluidisiert werden, z.B. mit Dampf, der in ein Bodenteil des Behälters mit Hilfe nicht dargestellter Mittel eingeführt wird,
oder die Masse des Katalysators kann veranlaßt werden, in
einen gesonderten, externen, jedoch benachbarten Strippingbehälter 14 zu strömen, wie in Fig. I dargestellt. Wie in Fig.II gezeigt, kommt es in Betracht, Strippinggas in einen tieferen Teil der Fallkammer 8 für einen Strom nach oben hindurch einzuführen. Die Strippingkammer 14 ist besonders vorgesehen für und wird versorgt mit Strippinggas über eine Leitung 16. Die

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Strippingkammer ist mit einer Vielzahl von abwärts geneigten Prallgliedern versehen, die einen verdrillten Weg oder Abstrom für Katalysator im Gegenstrom zu aufströmendem Strippinggas bilden. In Abhängigkeit von der Riser-Umwandlungstemperatur wird der Katalysator in der Strippingzone 14 bei einer Temperatur gestrippt, die 27,7 bis 83,3 ⁰C (50 bis etwa 150 °) unter der Riser-Umwandlungstemperatur liegt. Vorzugsweise erfolgt das Strippen des Katalysators bei erhöhter Temperatur, die weniger als 55 ⁰C (100 °) unter der Riser-Auslaßtemperatur liegt. Der gestrippte Katalysator wird nach unten durch ein druckbildendes Standrohr 18 mit einem Druckregler 20 zu einer Katalysator-Regenerierzone 22 geführt. In der Anordnung der Fig. I ist die Regenerierzone so dargestellt, daß sie praktisch senkrecht unter dem Gehäusebehälter 10 liegt, der auf einer gemeinsamen senkrechten Achse, oder auch nicht, je nach Wunsch, liegt. Auf jeden Fall entläßt das Standrohr 18 in ein Katalysatorbett, das im unteren Teil der Regenerierzone 2 2 gehalten wird, worin es als Katalysatorfließbett 24 in einem tieferen Bodenteil des Regenerierbehälters gehalten wird. Regeneriergas, wie Luft oder ein mit Sauerstoff ergänzter Gasstrom, wird über eine Leitung 26 zu einem Regeneriergasverteiler 28 geführt, der im Querschnitt eines tieferen Teils des dichten Katalysatorfließbetts in der Regenerierzone angeordnet ist. In der gezeigten Anordnung wird der gestrippte Katalysator in einen oberen Teil des Katalysatorfließbetts zum Mischen mit heißem regeneriertem Katalysator entlassen. Der gestrippte Katalysator kann tangential zum Regeneratorquerschnitt und vorzugswei-

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se über einem Mittelteil des Katalysatorbetts eingeführt werden. Bei manchen Anordnungen kann es wünschenswert sein, ihn in das Katalysatorbett an der Grenzfläche mit einer stärker dispersen Phase des obigen Katalysators einzuführen. Beim Regenerieren wird der mit kohlenstoffhaltigem Material verunreinigte, von mitgerissenen Kohlenwasserstoffdämpfen befreite Katalysator durch Zusammenmischen mit regeneriertem Katalysator erhitzt und auf eine genügend hohe Temperatur gebracht, um das Brennen des kohlenstoffhaltigen Materials zu starten, wodurch Kohlenmonoxid sowie Kohlendioxid enthaltende Abgase entstehen. Während der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Abscheidungen durch Sauerstoff gebildetes Kohlenmonoxid wird erwünschtermaßen weiter oxydiert, um die Wärmegewinnung durch den Katalysator im Regenerierbetrieb zu verbessern. Die Verbrennung kohlenstoffhaltiger Abscheidungen erfolgt bei einer Temperatur über etwa 621 ⁰C (1150 ⁰F), und der regenerierte Katalysator wird während solcher Verbrennungsvorgänge auf eine Temperatur im Bereich von 704 bis 760 ⁰C (1300 bis 1400 ⁰F) erhitzt. Besonders erwünscht ist es, die obigen Oxydationsreaktionen mit der Katalysatorregeneration in der dichten Fließphase der Katalysatorteilchen sowie in der stärker dispersen Fließphase der Katalysatorteilchen darüber durchzuführen. Besonders erwünscht ist es, die Kohlenmonoxid-Verbrennung in den Regenerator-Zyklonabscheidern 30 und 32 im oberen Teil der Regenerierzone 22 durch vollständige Verbrennung brennbarer Stoffe in der dichten und dispersen Katalysatorphase auf ein Minimum zu bringen. Die Zyklonabscheider 30 und 32 sind zum Durchströmen von Abgas durch sie hintereinander angeordnet. Das von Ka-

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talysator-Feinteilchen in jedem Zyklonabscheider abgetrennte Abgas strömt in eine Plenumkammer 34, bevor es über eine Leitung 36 abgezogen wird. In den Zyklonabscheidern abgetrennte Katalysator-Feinteilchen werden zu dem dichten Katalysatorfließbett über geeignet angeordnete Katalysator-Tauchrohre zurückgeführt.

Regenerierter Katalysator von einer Temperatur von wenigstens 704 C (1300 F) wird von einem unteren Teil des dichten Katalysatorfließbetts 24 über eine Leitung 38 abgezogen, die mit einem Katalysator-Strömungsregelorgan 9 versehen ist. Der abgezogene regenerierte Katalysator wird zum unteren Bodenteil des Risers 4 zur Verwendung, wie zuvor erörtert, geführt. Der Auslaß zum Katalysatorabzugs-Standrohr 38 ist so dargestellt, daß er über dem Verteiler 28 liegt. Der Einlaß jedoch kann in einem anderen Teil des dichten Katalysatorfließbetts liegen, das regenerierten Katalysator gewünschter Eigenschaften zum Abziehen liefert. Obgleich nicht dargestellt, können Einrichtungen zum Zuführen eines Regeneriergas-Sekundärstroms zum Katalysatorfließbett über den Verteiler 28 vorgesehen sein, um die Entfernung kohlenstoffhaltigen Materials aus dem Katalysator zu unterstützen, insbesondere, wenn der Katalysator nahe der oberen Grenzfläche des dichten Katalysatorfließbetts ausgebracht wird. Bei jeder der hier erörterten Anordnungen ist es wichtig, die Oxydation von Kohlenmonoxid zu fördern, und dies kann durch Zugabe eines die Oxydation von Kohlenmonoxid fördernden Katalysators, wie hier beschrieben, erfolgen. Der

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obere Teil des Behälters 10 ist mit nacheinander angeordneten Zyklonabscheidern 40 und 42 ausgestattet, die mit einer Abzugsleitung 44 in Verbindung stehen, um Kohlenwasserstoffdämpfe einer (nicht dargestellten) Produktfraktionierung zuzuführen.

Die Erfindung ist insbesondere mit apparativen Anordnungen und Konzepten zur Durchführung einer raschen Trennung einer Suspension aus gasförmigem Kohlenwasserstoffmaterial und Katalysator befaßt, die von einer Riser-Umwandlungszone kommt. Die erfindungsgemäßen Konzepte finden besondere Anwendung bei Riser-Reaktor- und Riser-Regeneratoranordnungen jüngster und modernster Auslegung, die insbesondere damit befaßt sind, die Katalysatoreinsatzmenge in dem System unter der verwendeten Apparatur sowie die Kontaktzeit zwischen gasförmiger Reaktionskomponente und Katalysator minimal zu halten. In solchen Systemen sind die Behälter und Verbindungsverrohrung so dimensioniert, daß ein gegebener Kapazitätsbetrieb innerhalb der gewünschten Betriebsgrenzen angepaßt ist, und ein solches System moderner Auslegung beschränkt oft jeden überschüssigen Raum für zusätzliche Trenneinrichtung. Die Erfindung ist mit solchen Systemen und der apparativen Anordnung befaßt, um eine rasche Trennung einer von einer Riser-Reaktionszone kommenden Suspension zu erledigen.

Fig. II zeigt eine vergrößerte spezielle apparative Anordnung im Aufriß zur Durchführung einer Trennung einer von einer Riserzone in einen Trichterbehälter beschränkter Abmessungen entlassenen Suspension. Es ist nicht wichtig, daß der

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Trichterbehälter in seinen Querschnittsabmessungen so beschränkt ist, da das erfindungsgemäße Konzept mit gleichem Vorteil auch in größeren Behältern auf breiter Basis Anwendung finden kann.

In der Anordnung der Fig. II ist schematisch das obere Ende einer Riser-Kohlenwasserstoffumwandlungszone 50 dargestellt, die nach oben in einen Behälter 52 ragt. Der Riser endet in einem oberen Zwischenteil des Behälters 52 mit einem waagrechten und geformten Kreuzgliedarm, als Kreuzarm-Trenneinrichtung 54 bezeichnet. Die Trennarmeinrichtung 54 ist vorzugsweise eine Kombination von zwei oder mehreren Armen, wie z.B. einer Vielzahl von im allgemeinen waagrecht nach außen vom oberen abgedeckten Ende 68 des Risers ragenden Armen. Der wie in den Figuren II und III dargestellt geformte Trennarm ragt über öffnungen 56 in der oberen Peripherie des Risers von diesem nach aussen weg. Die Bodenseite des Trennarms steht in offener Verbindung mit dem dampftrennenden Raum darunter und gegenüberliegenden Auslaßöffnungen 56. Die Arme sind mit nach unten abfallenden gekrümmten Oberflächenbereichen 58 nahe den Außenenden ausgestattet. Darunter und im Abstand oder benachbart zum Trennarm angeordnet ist ein offenendiger Katalysator-Sammelbehälter 60 mit Querschnittsabmessungen, die zur Aufbewahrung des abgetrennten Katalysatorstroms für uneingeschränkten Abwärtsstrom durch ihn hindurch angemessen sind. Andererseits kann der Behälter 60 mit einer Vielzahl von Strippingeinsätzen 62 ausgestattet sein. Die Strippingeinsätze 62 können feste Prallglieder oder perforierte Prallglieder sein, um

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es dem Strippinggas zu ermöglichen, aufwärts durch und um die Einsätze herum in Kontakt mit dem Katalysator zu strömen. Leitungen 64 und 66 sind vorgesehen, um Strippinggas, wie Dampf, in einen unteren Teil des KatalysatorSammelbehälters 6O einzuführen. Wie in der Fig. dargestellt, ist das obere offene Ende des Behälters 6O vergrößert, um eine trichterförmige Sammelzone für aus dem Trennarm nach unten entlassenen Katalysator zu bieten. Diese Trichteranordnung sollte nicht so groß sein, als daß ein Mitreißen von Kohlenwasserstoffdämpfen gefördert würde.

Wird die Apparatur der Fig. II verwendet, wird eine Suspension von fluidisierbaren Katalysatorteilchen in gasförmigem Material, wie Kohlenwasserstoffdämpfen, veranlaßt, nach oben durch den Riser 50 und nach außen durch die öffnung 56 unterhalb des Trennarms 54 zu strömen. Da das obere Ende des Risers durch ein festes Teil 68 abgedeckt ist, wird der Katalysatoranteil der Suspension in dem Ende angereichert und veranlaßt, nach unten durch den Arm 54 von der öffnung 56 zu strömen. Der abgelassene Katalysator ist innerhalb der Grenzen des umgekehrt U-förmigen Trennarms 54 besonders eingegrenzt, wodurch eine Trennung des Katalysators von den Kohlenwasserstoffdämpfen erzwungen wird. Die erprobte Richtungsänderung der Suspension von vertikalem Hochströmen zu horizontalem Strömen und dann nach unten durch eine innen gekrümmte Oberfläche 58 ruft ein Zentrifugalmoment des KatalysatorStroms auf den ausgebrachten Katalysator hervor, wodurch sich die Katalysatorteilchen auf

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der Oberseite des Arms 54 und entlang der gekrümmten Oberfläche 58 zum Austritt nach unten in das offene obere Ende des Behälters 60 anreichern. Der gasförmige Teil der Kohlenwasserstoff dämpfe enthaltenden Suspension, der so zentrifugal von mitgeführten Katalysatorteilchen in dem in Verbindung mit einer zentrifugalen Trenneinrichtung geschaffenen Raum getrennt wird, kommt unter dem offenen Trennarm hervor in einen Bereich mit geringerer Geschwindigkeit und in einen oberen Teil des Behälters mit herabgesetzter Gasgeschwindigkeit. Die so abgetrennten Dämpfe strömen nach oben zu dem Einlaß der Zyklonabscheideeinrichtung 70 und 72, die, wie dargestellt, im oberen Teil des Behälters 52 angeordnet sind. Zyklonabscheider 70 und 72 können Einzelstufen eines Zyklonabscheiders oder hintereinander geschaltete erste und zweite Stufen einer Zyklonabscheidereinrichtung, wie in Fig. I gezeigt, sein. Abgetrenntes dampfförmiges oder gasförmiges Material wird abgezogen und über eine Leitung 78 der Fraktionierung (nicht dargestellt) zugeführt. Die Zyklone können innerhalb des Behälters, wie dargestellt, oder außerhalb des Behälters, sofern Platz vorhanden, angeordnet sein. Die Zyklone sind mit katalysatortragenden Tauchrohren ausgestattet, die nach unten in einen niederen oder Bodenteil des Behälters 52 ragen. Das bodenseitig offene Ende des Tauchrohrs kann in ein Bett von Katalysatorteilchen eingetaucht sein, die im unteren Teil des Behälters angesammelt sind, oder es kann über dem normalen Ruhewinkel eines Bettes angesammelten Katalysators enden und mit im Abstand voneinander angeordneten Prallgliedern 80,

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von Stangen 82 getragen, oder mit Klappenventilen ausgestattet sein, die den Strom von Katalysator und beträchtlichen Mengen gasförmigen Materials, das nach oben durch die Fallkammer strömt, verzögern. Im unteren Teil des Behälters 52 als Katalysatorbett gesammelte Katalysatorteilchen können über eine seitliche Leitung 74 abgezogen werden, wie dargestellt, zum Übergang zu einer Strippingzone, wie in Fig. I gezeigt. Der Behälter 52 kann in einem Bodenteil modifiziert sein, um eine langgestreckte ringförmige Strippingzone um den Riser vor dem Abziehen gestrippten Katalysators zum überführen zu einer Katalysatorregenerierzone zu liefern. Die Anordnung der Fig. II befaßt sich insbesondere damit, eine Trenneinrichtung zur Herabsetzung der Kontaktzeit zwischen Katalysator und Kohlenwasserstoffdämpfen nach dem Austritt aus einer Riser-Ümwandlungszone anzubieten. Die Apparatur gemäß Fig. II fördert die Trennung von Katalysator von gasförmigen Kohlenwasserstoffdämpfen, die getrennte Eingrenzung abgetrennten Katalysators gegenüber dem Kontakt mit Kohlenwasserstoffdämpfen und die Entfernung von dampfförmigem Material aus dem abgetrennten Katalysator. Dies dient der erheblichen Herabsetzung unerwünscht verlängerten* Überkrackens der Produkte der Riser-Krackzone.

Bei der erfindungsgemäß kombinierten Arbeitsweise ist die wirksame Trennung von Katalysator von gasförmigen Materialien in den Zyklonabscheidern durch die Anwendung von Gasgeschwindigkeiten von wenigstens 15,2 m/sec (50 ft/sec) und bevorzugt wenigstens 18,25 m/sec (60 ft/sec) verstärkt. Die Sus-

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pensionstrennanordnung am Riserauslaß trägt in erheblichem Maß zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse, wie oben ausgeführt, bei. Daher kommt es in Betracht, zwei oder mehr Trennarme zu verwenden, wie z.B. drei oder vier im gleichen Abstand voneinander radial vom oberen Ende des Risers wegstehende Arme. Auch kann die Katalysatorsammelkammer oder die FaIlkammer eine ringförmige Kammer sein, wenn mehrere Trennarme verwendet werden und eine getrennte, mit jedem Arm verbundene Kammer angeordnet ist, um die Gewinnung abgetrennter Katalysatorteilchen bis zum praktischen Ausschluß gasförmigen Kohlenwasserstoffprodukts der Riser-Umwandlung auf ein Maximum zu bringen. Der offenendige Katalysator-Sammelbehälter ist vorzugsweise mit Beziehung auf den nach unten gerichteten Katalysatorstrom aufgehängt, um den Abdampfraum nahe*der Riser-Wandung maximal zu gestalten. Angemessener Abdampfraum unter den Armen 56 und zwischen dem Fallbehälter und der Riser-Wandung fördert die besonders erwünschte Trennung. Die besondere Lage der Fallkammer hängt von der Länge des Trennarms und dem Durchmesser des Trichterbehälters um das obere Ende des Risers ab. In der hier beschriebenen Anordnung ist unter dem Katalysator-Trennarm, dem oberen Ende der Katalysatorsammelkammer und der Wandung der Riser-Umwandlungszone ein beträchtlicher Kohlenwasserstoffdampf-Trennraum vorgesehen, sodaß die Strömungseigenschaften des abgetrennten dampfförmigen Materials in Richtung und Geschwindigkeit von weiterem Kontakt mit dem Katalysator erheblich geändert werden können.

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Fig. Ill zeigt eine Draufsicht auf einen Querschnitt des Risers 50 der Fig. II mit zwei waagrecht angeordneten Trennarmen 54 in Beziehung zu zylindrischen Katalysatorsammelfallbehältern 60, die unter dem äußeren Ende des Trennarms angeordnet sind.

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Claims

Dr. D.Thomsen PATE NTANWALTS BÜRO &"cljfon (089) £30211 2 7 4 3 8 A 9 ΓΙ ΛΟ ΊΟ £30212 W. WeinkaUff Telegramm-Adresse j expert,a Cable address Telex 524303 xpert d PATENTANWÄLTE München: Frankfurt/M.: Dr. rer. nat. D. Thomsen Dipl.-Ing. W. Weinkauff (Fuchshohl 71) Dresdner Bank AQ, München. Konto 5 574237 8000 München 2 Kaiser-Ludwig-Platze 29. September 1977 Mobil Oil Corporation New York, N.Y., U.S.A. Fluid-Krackverfahren Patentansprüche

1. Fluid-Krackverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension einer Kohlenwasserstoff-Reaktionskomponente und Katalysator bei einer Temperatur über 51o°C (95o°F) in einer Riser-Umwandlungszone gekrackt und der aus dieser Riser-Umwandlungszone gewonnene Katalysator regeneriert wird, wobei der Katalysator erhitzt und kohlenstoffartige Abschei dungen vor der Rückführung in die Riser-Umwandlungszone ent-

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fernt werden und die Abtrennung der Suspension beim Austragen aus der Riser-Umwandlungszone so ausgeführt wird, daß die Suspension durch öffnungen im oberen Rand des Risers nach außen ausgetragen wird und darunterliegende Katalysator-Sammelleitungen einen wesentlichen begrenzten Katalysatorstrom allgemein getrennt von ausgetragenen Kohlenwasserstoff-Dämpfen liefern, daß dem begrenzten Katalysatorstrom durch die nahe dem äußeren Ende gekrümmten Katalysator-Sammelleitungen ein ausreichendes Zentrifugalmoment erteilt wird, um den Strom nach unten in das offene obere Ende einer Katalysator-Fall-Leitung zu lenken und so den gesammelten Katalysator von weiterem Kontakt mit den ausgetragenen Kohlenwasserstoff-Dämpfen fernzuhalten, daß weiterhin die Katalysatorteilchen von den Kohlenwasserstoff-Dämpfen zyklonartig abgetrennt werden, bevor Kohlenwasserstoff-Dampf aus dem Prozeß gewonnen wird, und daß Strippinggas zur weiteren Förderung der Trennung von aus dem Riser abgetrenntem Katalysator und Kohlenwasserstoff-Dämpfen verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoff-Verweilzeit in der Riser-Umwandlungszone auf einen Bereich von o,5 bis 1o see beschränkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoff-Verweilzeit in der Riser-Umwandlungs zone auf 2 bis 8 see beschränkt wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator unter Bedingungen, bei denen kohlenstoffartiges Material mit sauerstoffhaltigem Gas in einer dichten Katalysator-Phase verbrennt und die Temperatur des Katalysators für die Rückführung zur Riser-Umwandlungszone geeignet erhöht wird, regeneriert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in Gegenwart eines Promotors für die Oxydation von Kohlenmonoxyd regeneriert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in der Falleitung veranlaßt wird, durch eine Katalysator-Strippingzone im Gegenstrom zu Strippinggas zu gehen, und gestrippte Produkte mit Strippinggas mit der Zyklonabscheidung unterworfenen Kohlenwasserstoff-Dämpfen kombiniert werden.

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