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Verfahren zum Regenerieren von
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erschöpftem Katalysator in einem katalytischen Fließbett-Crackverfahren
Die
Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der katalytischen Fließbett-Crackverfahren
für Kohlenwasserstoffe und insbesondere ein Verfahren zum Regenerieren von erschöpftem
Katalysator in einem katalytischen Fließbett-Crackverfahren zum Cracken eines Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms
in einer Reaktionszone in Anwesenheit von heißem, regeneriertem Crackkatalysator,
zur Umwandlung des Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms in ein niedrigsiedendes
Kohlenwasserstoffprodukt, bei dem durch Ansammlung von Koks erschöpfter Katalysator
von dem Kohlenwasserstoffprodukt mit einer Temperatur von etwa 400 bis 593 OC abgetrennt
und durch Abbrennen des Koks in einer Regenerationszone regeneriert wird, wobei
dieses Verfahren insbesondere zum Regenerieren von zeolithisches Molekularsieb enthaltenden
Fließbett-Crackkatalysatoren geeignet ist.
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Katalytische Fließbett-Crackverfahren sind bereits bekannt und werden
in großem Umfang in Erdölraffinerien angewandt. Bei diesen Verfahren wird ein Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom
mit heißem, regeneriertem Fließbett-Crackkatalysator in einer Reaktionszone unter
Crackbedingungen in Berührung gebracht, um den Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom
in gecrackte Kohlenwasserstoffprodukte umzusetzen, wobei gleichzeitig kohlenstoffhaltige
Stoffe (Koks) auf dem Katalysator abgelagert werden. Innerhalb der Reaktionszone
werden die gecrackten Kohlenwasserstoffdämpfe von dem mit Koks verunreinigten (erschöpften)
Katalysator getrennt und als von mitgeführtem Katalysator praktisch freies Produkt
gewonnen. In einer Strippingzone werden durch Berührung mit Strippingdämpfen flüchtige
Kohlenwasserstoffe von dem erschöpften Katalysator herausgelöst. In einer Regenerationszone
wird der mit Koks verunreinigte, gestrippte Katalysator regeneriert, indem der auf
diesem befindliche Koks mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Regenerationsgas
bei erhöhter Temperatur abgebrannt und die Aktivität des regenerierten Katalysators
wiederhergestellt wird. Heißer,
regenerierter Katalysator wird dann
wieder in der Reaktionszone in Berührung mit frischem Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom
gebracht.
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Bei katalytischen Fließbett-Crackverfahren zur Umwandlung normalerweise
flüssiger Kohlenwasserstoffe wie z.B. Erdölfraktionen in niedriger siedende Kohlenwasserstoffe
ist bereits bekannt, Zeolith-Aluminiumsilikat-Molekularsiebe einzusetzen, um eine
erhöhte Umwandlung des Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms zu brauchbaren, niedrigsiedenden
Kohlenwasserstoffen, insbesondere als Motorkraftstoffe geeignete Naphthafraktionen
zu erzielen. Diese Katalysatoren enthalten eine amorphe Matrix aus z.B. Kiesel-
und Tonerde, Kieselerde und Magnesia usw. mit einem kleineren Anteil eines kristallinen
zeolithischen Aluminiumsilikat-Molekularsiebes von gleichförmigen kristallinen Porenöffnungen,
der jonenausgetauscht worden ist mit Jonen der seltenen Erden, Magnesium, Wasserstoff,
Ammonium und/oder anderen zwei- und mehrwertigen Jonen zwecks Verringerung des Natriumgehalts
der Molekularsiebe auf nicht mehr als 1 Gew.-% und vorzugsweise darunter. Diese
(im nachstehenden als Zeolithkatalysatoren bezeichneten) Crackkatalysatoren sind
bekannt und handelsüblich. Die Aktivität und die Selektivität derartiger Zeolithkatalysatoren
zur Umwandlung von Kohlenwasserstoff-Beschickungsströmen in brauchbare, gecrackte
Kohlenwasserstoffprodukte, insbesondere Naphtha, werden insbesondere durch auf dem
regenerierten Katalysator zurückbleibenden Kohlenstoff beeinträchtigt. Zur Erzielung
der vollen Wirkung aus der Aktivität und Selektivität derartiger Zeolithkatalysatoren
wird der Kohlenstoffgehalt auf dem regenerierten Katalysator unter 0,2 Gew.-% und
vorzugsweise unter 0,07 Gew.-% oder darunter gehalten.
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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Regenerieren von erschöpftem, mit Koks verunreinigtem
Zeolith-Crackkatalysator
durch Abbrennen des Koks auf diesem mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden
Regnerationsgas unter Erzeugung eines Kohlenstoffoxide enthaltenden Rauchgases und
0,1 Gew.-% oder weniger Kohlenstoffrückstände enthaltenden regenerierten Katalysators
zu schaffen.
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Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren vom
eingangs genannten Typ ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß a) der erschöpfte
Katalysator in praktisch senkrechter Richtung nach unten in eine aufrecht stehende,
zylindrische, untere Regenerationszone eingeleitet, b) ein sauerstoffhaltiges primäres
Regenerationsgas in turbulenter Strömung und in einem Durchsatz, der etwa 25 bis
40 % der zur Verbrennung des Koks auf dem erschöpften Katalysator zu Kohlendioxid
und Wasser benötigten stöchiometrischen Sauerstoffmenge entspricht, zugeführt und
ein inniges Gemisch aus erschöpftem Katalysator und primärem Regenerationsgas ausgebildet,
c) das Gemisch aus Katalysator und primärem Regenerationsgas mit einer Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit
von etwa 1,3 bis 2,4 m/sec und für eine Katalysator-Verweilzeit von etwa 10 Sekunden
bis zu 1 Minute durch die untere Regenerationszone hindurch nach oben hindurchgeführt
und zur Einleitung der Katalysatorregenerierung in das untere Ende einer aufrecht
stehenden, zylindrischen, oberen Regenerationszone eingeleitet, d) ein sauerstoffhaltiges
sekundäres Regenerationsgas radial verteilt in einem Durchsatz, der etwa 60 bis
85 % der zur Verbrennung des Koks zu Kohlendioxid und Wasser benötigten stöchiometrischen
Sauerstoffmenge entspricht, in das untere Ende der oberen Regenerationszone eingeleitet
wird, so daß der oberen und der unteren Regenerationszone etwa 100 bis 110 % der
zur Verbrennung von Koks zu Kohlendioxid und
Wasser benötigten
stöchiometrischen Sauerstoffmenge zugeführt wird, e) in der oberen Regenerationszone
ein dichtphasiges Fließbett aus in Regenerierung befindlichem Katalysator aufrecht
erhalten wird, das eine obere Oberfläche, eine Regenerationsgas-Oberflächendampfgeschwindigkeit
zwischen 0,7 bis 1,8 m/sec, eine Katalysator-Verweilzeit von etwa 3 bis 20 Minuten,
einen Druck an der oberen Oberfläche von 0,4 bis 3,4 Bar und eine Temperatur von
etwa 621 bis 760 OC aufweist, in welchem Koks aus dem in Regenerierung befindlichen
Katalysator mit einer spezifischen Koksabbrenngeschwindigkeit von etwa 0,05 bis
1,0 kg Koks/h/kg Katalysator abgetrennt wird, f) heißer, regenerierter Katalysator
aus dem oberen Bereich des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts abgezogen und in
der Reaktionszone in Berührung mit neuem Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom gebracht,
g) aus Kohlendioxid und Kohlenmonoxid bestehendes, praktisch keinen Sauerstoff mehr
enthaltendes, jedoch Katalysator mitführendes, erschöpftes Regenerationsgas an der
oberen Oberfläche des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts abgezogen, h) das erschöpfte
Regenerationsgas mit mitgeführtem Katalysator aus dem oberen Bereich der oberen
Regenerationszone in eine kegelstumpfförmige Übergangszone eingeleitet wird, in
welcher die Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit des erschöpften Regenerationsgases
von etwa 0,7 bis 1,8 m/sec am unteren Ende auf etwa 0,3 bis 0,67 m/sec in ihrem
oberen Bereich verringert und ein großer Teil des mitgeführten Katalysators von
dem erschöpften Regenerationsgas abgetrennt wird, unter Schwerkrafteinwirkung in
das dichtphasige Fließbett zurückkehrt und eine verdünnte Phase aus in erschöpftem
Regenerationsgas suspendiertem, verdünntem Katalysator ausgebildet wird,
i)
die verdünnte Phase aus dem oberen Bereich der Ubergangszone mit einer Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit
von etwa 0,3 bis 0,6 m/sec und einer Temperatur von etwa 621 bis 783 OC in den unteren
Bereich einer zylindrischen Regenerationszone für die verdünnte Phase übergeführt
wird, j) die verdünnte Phase in einer Trennzone in eine Katalysatorphase und eine
von mitgeführtem Katalysator praktisch freie Phase aus erschöpftem Regenerationsgas
getrennt wird, k) der abgetrennte Katalysator aus der Trennzone in die untere Regenerationszone
eingeleitet und in dieser in Berührung mit neuem, erschöpftem Katalysator und primärem
Regenerationsgas gebracht und 1) das von mitgeführtem Katalysator praktisch freie,
erschöpfte Regenerationsgas als Rauchgas aus der Trennzone abgeführt wird.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Verfahrens wird somit erschöpfter, mit Koks verunreinigter Crackkatalysator
aus einer katalytischen Fließbett-Crackzone, in welcher ein Kohlenwasserstoff-Beschikkungsstrom
in Anwesenheit von heißem, regeneriertem Katalysator gecrackt wird, auf dem etwa
0,5 bis 2,0 Gew.-% Koks abgelagert sind, und der eine Temperatur im Bereich von
etwa 400 bis 593 "C aufweist, in einer im wesentlichen senkrechten Richtung in die
axiale Mitte einer aufrecht stehenden, zylindrischen, unteren Regenerationszone
eingeleitet und in dieser unter turbulenten Strömungsverhältnissen mit sauerstoffhaltigem
Primärregenerationsgas vermischt. Das Primärregenerationsgas wird in die untere
Regenerationszone radial unter einem gegenüber der Waagerechten um etwa 30 bis 60
° nach unten weisenden Winkel, mit einer Düsenaustrittsgeschwindigkeit im Bereich
von -etwa 19,8 bis 53,3 m/sec und in einem Durchsatz abgegeben, der ausreichend
hoch bemessen ist, daß etwa 25 bis 40 % der zur Verbrennung des Koks auf dem erschöpften
Katalysator zu Kohlendioxid und Wasser benötigten stöchiometrischen Sauerstoffmenge
zugeführt
wird. Das Gemisch aus erschöpftem Katalysator und Primärregenerationsgas strömt
innerhalb der unteren Regenerationszone mit einer Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit
im Bereich von etwa 1,3 bis 2,4 m/sec nach oben, wobei sich eine Katalysator-Verweilzeit
von etwa 1,0 Sekunde bis 1 Minute ergibt, die Katalysatorregenerierung eingeleitet
und das Gemisch aus erschöpftem Katalysator und Primärregenerationsgas über den
Querschnitt der unteren Regenerationszone verteilt wird.
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Aus dem offenen, oberen Ende der unteren Regenerationszone tritt das
Gemisch aus erschöpftem Katalysator und primärem Regenerationsgas nach oben in das
untere Ende einer senkrechten, zylindrischen, oberen Regenerationszone ein. In der
oberen Regenerationszone wird ein sauerstoffhaltiges sekundäres Regenerationsgas
in einem Durchsatz injiziert, der ausreichend hoch bemessen ist,daß etwa 60 bis
85 % der zur Verbrennung des Koks auf dem erschöpften Katalysator zu Kohlendioxid
und Wasser benötigten stöchiometrischen Sauerstoffmenge zugeführt werden und primäres
und sekundäres Regenerationsgas etwa 100 bis 110 % des zur Koksverbrennung benötigten
Sauerstoffs liefern. Das sekundäre Regenerationsgas strömt in Radialrichtung in
das untere Ende der oberen Regenerationszone ein, so daß das mit einer Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit
im Bereich von etwa 0,7 bis 1,8 m/sec nach oben strömende Regenerationsgas und der
in Regenerierung befindliche Katalysator ein dichtphasiges Katalysator-Fließbett
bilden, dessen freie obere Oberfläche von einer verdünnten Phase aus in.erschöpftem
Regenerationsgas suspendiertem Katalysator überlagert ist. Innerhalb der oberen
Regenerationszone umfassen die Arbeitsbedingungen eine Katalysator-Verweilzeit im
dichtphasigen Bett im Bereich von etwa 3 bis 20 Minuten, Regenerationstemperaturem
im Bereich von etwa 621 bis 732 OC und einen Druck am oberen Ende des dichtphasigen
Fließbetts im Bereich von etwa 0,4 bis 3,4 Bar, womit sich
eine
spezifische Koksabbrenngeschwindigkeit von etwa 0,05 bis 1 kg Koks pro Stunde pro
kg Katalysator im dichtphasigen Bett ergibt und der Kohlenstoffrückstand auf dem
regenerierten Katalysator auf etwa 0,1 Gew.-t oder weniger verringert wird.
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Die Regenerationsbedingungen und die dem Regenerationsverfahren zugeführte
Sauerstoffmenge werden dabei innerhalb der angegebenen Bereiche in der Weise eingestellt,
daß der auf dem regenerierten Katalysator zurückblei-bende Kohlenstoff 0,1 Gew.-%
oder weniger und vorzugsweise etwa 0,05 Gew.-% oder weniger beträgt und praktisch
sämtliches, bei der Koksverbrennung entstehendes Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid verbrannt
wird.
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Aus dem oberen Bereich des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts in
der oberen Regenerationszone wird heißer, regenerierter Katalysator in eine Entgasungszone
abgezogen, in welcher Regenerationsgas von dem regenerierten Katalysator abgetrennt
wird.
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Der entgaste Katalysator wird aus der Entgasungszone in die Reaktionszone
abgeführt und erneut zur Umwandlung eines neuen Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms
eingesetzt. Das von dem entgasten Katalysator abgetrennte Regenerationsgas wird
mit der verdünnten Phase aus in erschöpftem Regenerationsgas suspendiertem Katalysator
vermischt, das über der oberen Oberfläche des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts
steht.
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Von der Oberfläche des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts wird aus
Kohlendioxid und Kohlenmonoxid bestehendes, erschöpftes Regenerationsgas, welches
praktisch keinen Sauerstoff mehr, jedoch mitgeführten Katalysator enthält, nach
oben in eine Kegelstumpfförmige Obergangszone eingeleitet, in welcher die Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit
des erschöpften Regenerationsgases von etwa 0,7 bis 1,8 m/sec auf etwa 0,3 bis 0,67
m/sec verringert wird, so daß der größte Teil des mitgeführten Katalysators unter
Schwerkrafteinwirkung in das dichtphasige Katalysator-Fließbett zurückkehrt. Das
erschöpfte Regenerationsgas
mit einem kleineren Anteil an mitgeführtem
Katalysator in verdünnter Phase strömt von dem oberen Ende der Obergangszone in
eine Regenerationszone für die verdünnte Phase ein.
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Das Verhältnis von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid im erschöpften Regenerationsgas
liegt dabei im Bereich von etwa 1:1 bis zu etwa 500:1 oder darüber. Im Regenerationsverfahren
kann zusätzlich Kohlenmonoxid verbrannt werden, um die Gefahr von Umweltverschmutzung
zu verringern, indem die zum dichtphasigen Katalysator-Fließbett zugeführte Sauerstoffmenge
gesteigert wird. Durch diesen zusätzlichen Sauerstoff kann innerhalb der Übergangszone
Kohlenmonoxid verbrannt werden. Ein großer Teil der bei der Kohlenmonoxidverbrennung
freiwerdenden Verbrennungswärme wird von dem mitgeführten Katalysator aufgenommen
und gelangt somit in das dichtphasige Katalysator-Fließbett, so daß die Temperatur
der verdünnten Phase nicht den Wert (von etwa 816 OC und vorzugsweise 790 OC) überschreitet,
bei welchem der Katalysator in erheblichem Umfang deaktiviert wird.
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Die verdünnte Phase fließt mit einer Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit
von etwa 0,3 bis 0,67 m/sec aus der Regenerationszone für die verdünnte Phase in
eine Katalysator-Gas-Trennzone ein, in welcher mitgeführter Katalysator praktisch
völlig von dem erschöpften Regenerationsgas getrennt wird. Das erschöpfte Regenerationsgas
wird aus der Katalysator-Gas-Trennzone und dem Regenerationsverfahren als Rauchgas
abgeführt. Der in der Katalysator-Gas-Trenn zone abgetrennte, heiße Katalysator
wird in die untere Regenerationszone eingeleitet und in dieser in Berührung mit
zusätzlichem, erschöpftem Katalysator und Primärregenerationsgas gebracht, wobei
er seine Wärme an diese abgibt, so daß auf diese Weise die Einleitung der Katalysatorregenerierung
verbessert wird.
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Vorteile des erfindungsgemäßen Regenerationsverfahrens sind darin
zu sehen, daß der erschöpfte zeolithische Crackkatalysator
zu
einem regenerierten Katalysator mit weniger als 0,1 Gew.-% Kohlenstoffrückstand
regeneriert und ein praktisch kohlenmonoxidfreies Rauchgas erzeugt wird. Diese und
weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden
im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung
näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Fließbett-Crackkatalysator-Regeneriervorrichtung.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im nachfolgenden auf die
Zeichnung Bezug genommen. Die in dieser schematisch dargestellte Fließbett-Crackkatalysator-Regeneriervorrichtung
ist zur Ausführung des Verfahrens ausgelegt. Dabei sei bemerkt, daß in der Zeichnung
lediglich die zur Erläuterung des Verfahrens erforderlichen Einzelheiten dargestellt,
jedoch die bei derartigen Vorrichtungen üblicherweise vorhandenen, nicht zur Erläuterung
beitragenden Elemente wie z.B. Ventile, Schieber, Pumpen, Steuervorrichtungen usw.
der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind.
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Die in der Zeichnung dargestellte Fließbett-Crackkatalysator-Regeneriervorrichtung
besteht aus einem aufrecht stehenden Regeneratorbehälter 100 mit einem unteren Regeneratorabschnitt
101 in Form eines Hohlzylinders, der an seinem Boden geschlossen, und an seinem
oberen Ende offen ist. Ein sich an diesen anschließender oberer Regeneratorabschnitt
102 weist ebenfalls die Form eines Hohlzylinders mit einer axial zentrierten Öffnung
an seinem Boden und einem offenen oberen Ende auf, so daß das offene obere Ende
des unteren Regeneratorabschnitts 101 in freier Verbindung mit der Bodenöffnung
der oberen Regeneratorabschnitts 102 steht. Ein an seinen beiden Enden offener,
kegelstumpfförmiger Übergangsabschnitt 103 ist an seinem Bodem
axial
mit dem offenen oberen Ende des oberen Regeneratorabschnitts 102 ausgerichtet und
steht in freier Verbindung mit diesem. Ein Regeneratorabschnitt 104 für die verdünnte
Phase, der ebenfalls die Form eines Hohlzylinders aufweist, an seinem oberen Ende
geschlossen, und an seinem unteren Ende offen ist, ist axial mit dem offenen oberen
Ende des Ubergangsabschnitts 103 ausgerichtet und steht in freier Verbindung mit
diesem. Der Innenquerschnitt des unteren Regeneratorabschnitts 101 ist ausreichend
groß bemessen, daß eine Regenerationsgas-Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit im Bereich
von etwa 1,3 bis 2,4 m/sec erhalten wird, wobei das Fassungsvermögen des unteren
Regeneratorabschnitts 101 außerdem ausreichend groß bemessen ist, damit sich eine
Katalysator-Verweilzeit von etwa 10 Sekunden bis zu etwa 1 Minute bei den hier in
Betracht gezogenen Durchsätzen und Arbeitsbedingungen erzielen läßt. Der Innenquerschnitt
des oberen Regeneratorabschnitts 102 ist bemessen für eine Regenerationsgas-Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit
im Bereich von etwa 0,7 bis 1,8 m/sec, wobei sein Volumen ausreichend groß bemessen
ist, um eine Verweilzeit des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts von etwa 3 Minuten
bis zu etwa 20 Minuten bei den hier betrachteten Durchsätzen und Arbeitsbedingungen
zu erhalten. Die Wände des Übergangsabschnitts 103 weisen gegenüber der Senkrechten
einen kegelförmigen Verjüngungswinkel von etwa 200 bis 400 und ausreichende Höhe
auf, damit die größere Querschnittsfläche im oberen Bereich des Übergangsabschnitts
103 ausreichend groß bemessen ist, um die Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit des durch
diesen hindurchströmenden Regenerationsgases von Werten im Bereich von etwa 0,7
bis 1,8 m/sec auf Werte im Bereich von etwa 0,3 bis 0,67 m/sec zu verringern. Der
Regeneratorabschnitt 104 für die verdünnte Phase hat gleichen Durchmesser und gleichen
Querschnitt wie das obere Ende des Übergangsabschnitts 103.
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Die in der Zeichnung dargestellte Zuleitung 105 für erschöpften
Katalysator
dient zum Einführen von erschöpftem, mit Koks verunreinigtem Katalysator aus einem
(hier nicht dargestellten) Reaktionsbereich in einer im wesentlichen senkrechten
Richtung nach unten in den Regeneratorbehälter 100. Die Zuleitung 105 verläuft unter
einem Winkel von etwa 300 bis 450 gegenüber der Senkrechten schräg nach unten und
ist an ihrem unteren Ende mit einem praktisch senkrecht nach unten gerichteten Auslaßende
versehen. Die Zuleitung 105 ist durch die Seitenwand des oberen Regeneratorabschnits
102 durchgeführt, wobei das untere Abgabeende der Zuleitung 105 im wesentlichen
senkrecht nach unten weist und in der axialen Mitte des unteren Regeneratorabschnitts
101 angeordnet ist. Das offene Auslaßende der Zuleitung 105 für erschöpften Katalysator
mündet oberhalb eines Verteilers 109 für erschöpften Katalysator, der aus einem
kegelstumpfförmigen Teil mit nach oben weisendem Scheitel besteht und an seiner
Basis einen Durchmesser aufweist, der von etwa dem 1/2-fachen bis zu dem 1-1/2-fachen
des Durchmessers der Zuleitung 105 für erschöpften Katalysator entspricht. Der Verteiler
109 für erschöpften Katalysator ist axial innerhalb des unteren Regeneratorabschnitts
101 zentriert. Aus dem (nicht dargestellten) Reaktionsabschnitt zugeführter erschöpfter
Katalysator fließt durch die Zuleitung 105 für erschöpften Katalysator nach unten
und wird an deren Mündung senkrecht nach unten abgegeben, so daß er auf den Verteiler
109 trifft und von diesem radial verteilt in den unteren Regeneratorabschnitt 101
abgegeben wird.
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Eine in den unteren Regeneratorabschnitt 101 führende Primärregenerationsgasleitung
106 dient zum Einführen von molekularen Sauerstoff enthaltendem Primärregenerationsgas
wie z.B. Luft in den Regeneratorbehälter 100. Das Auslaßende der Primärregenerationsgasleitung
106 steht in Verbindung mit einem Primärregenerationsgasverteiler 107 in Form eines
Ringrohrs mit einer Vielzahl unter einem Winkel von 300 bis 600 gegenüber
der
Waagerechten nach unten weisender Öffnungen, durch welche Primärregenerationsgas
radial in das untere Ende des unteren Regeneratorabschnitts 101 abgebbar ist. Die
Gesamtquerschnitts fläche sämtlicher Öffnungen im Primärregenerationsgasverteiler
107 ist ausreichend groß bemessen zur Erzielung einer Primärregenerationsgas-Abgabegeschwindigkeit
im Bereich von etwa 19,8 bis 53,3 m/sec, wobei der Durchsatz an Primärregenerationsgas
derart bemessen ist, daß etwa 25 bis 40 % der zur Umwandlung des Koks auf dem erschöpften
Katalysator zu Kohlendioxid und Wasser benötigten Menge an molekularem Sauerstoff
zuführbar sind. Der über die Zuleitung 105 zugeführte, erschöpfte Katalysator und
das über den Primärregenerationsgasverteiler 107 zugeführte Primärregenerationsgas
werden innig miteinander vermischt und radial innerhalb des unteren Endes des unteren
Regeneratorabschnitts 101 verteilt.
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Eine zum Einführen eines molekularen Sauerstoff enthaltenden sekundären
Regenerationsgases wie z.B. Luft dienende Sekundärregenerationsgasleitung 110 ist
in den unteren Abschnitt des oberen Regeneratorabschnitts 102 eingeführt und mit
einem Sekundärgasverteiler 108 verbunden, welcher aus einem ringförmigen Rohr mit
einer Vielzahl unter einem Winkel im Bereich von etwa 300 bis 600 gegenüber der
Waagerechten nach unten weisender Öffnungen besteht, durch welche sekundäres Regenerationsgas
radial in das untere Ende des oberen Regeneratorabschnitts 102 abgegeben wird. Die
Gesamtquerschnittsfläche der Öffnungen im Sekundärgasverteiler 108 ist ausreichend
hoch zur Erzielung einer Sekundärregenerationsgas-Austrittsgeschwindigkeit im Bereich
von etwa 19,8 bis 53,3 m/sec bemessen.
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Der Durchsatz an sekundärem Regenerationsgas ist so bemessen daß etwa
60 bis 85 % des zur Umwandlung des Koks auf dem erschöpften Katalysator zu Kohlendioxid
und Wasser benötigten
molekularen Sauerstoffs zugeführt werden.
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Der obere Regeneratorabschnitt 102 weist einen Querschnitt auf, der
eine Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit des durch diesen Querschnitt durchtretenden
Regenerationsgases im Bereich von etwa 0,7 bis 1,8 m/sec ermöglicht, so daß der
in Regeneration befindliche erschöpfte Katalysator und das Regenerationsgas ein
dichtphasiges Katalysator-Fließbett bilden. Das Fassungsvermögen des oberen Regeneratorabschnitts
102 ist ausgelegt für eine mittlere Verweilzeit von etwa 3 bis 20 Minuten für den
erschöpften Katalysator im dichtphasigen Fließbett, so daß praktisch sämtlicher
Koks in dem dichtphasigen Katalysator-Fließbett mit einer spezifischen Koksabbrenngeschwindigkeit
innerhalb eines Bereiches von etwa 0,05 bis 1 kg Koks pro Stunde pro kg Katalysator
und bei einer Regenerationstemperatur im Bereich von etwa 621 bis 732 OC verbrannt
wird.
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Ein Kanal 113 für regenerierten Katalysator verbindet den oberen Bereich
des oberen Regeneratorabschnitts 102 mit einem äußeren Standrohr 114 für regenerierten
Katalysator. Der Kanal 113 ist gegenüber der Senkrechten unter einem Winkel von
etwa 300 bis 600 geneigt, so daß regenerierter Katalysator aus dem oberen Bereich
des im oberen Regeneratorabschnitt 102 befindlichen dichtphasigen Katalysator-Fließbetts
durch den Kanal 113 für regenerierten Katalysator hindurch nach unten in den oberen
Abschnitt des außerhalb des Regeneratorbehälters 100 befindlichen Standrohrs 114
für regenerierten Katalysator eintritt. Das Standrohr 114 besteht aus einem oberen,
senkrechten, zylindrischen Abschnitt 115 mit zylindrischer Wandung, der an seinem
oberen und an seinem unteren Ende offen ist, und einem unteren, kegelstumpfförmigen
Abschnitt 116, der gleichfalls an seinem oberen und an seinem unteren Ende offen
ist. Die Verbindung des Kanals 113 mit dem oberen Standrohrabschnitt 115 befindet
sich in der zylindrischen Wand dieses
Abschnitts. Das offene obere
Ende des unteren Standrohrabschnitts 116 steht mit dem offenen unteren Ende des
oberen Standrohrabschnitts 115 in Verbindung, und die Wände des unteren Standrohrabschnitts
116 weisen vorzugsweise gegenüber der Senkrechten einen Verjüngungswinkel von etwa
7 1/20 auf.
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Innerhalb des unteren Standrohrabschnitts 116 wird aus dem Regeneratorbehälter
100 zugeführter, heißer, regenerierter Katalysator entgast. Ein in Verbindung mit
dem unteren Ende des unteren Standrohrabschnitts 116 stehender Schieber 117 gestattet
das Abziehen von heißem, entgastem, regeneriertem Katalysator in einem vorbestimmten
Durchsatz, um diesen Katalysator in einer (nicht dargestellten) katalytischen Fließbett-Crackreaktionszone
in Berührung mit einem Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom zu bringen.
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In das Standrohr 114 eintretendes Gas zusammen mit regeneriertem Katalysator
aus dem Regeneratorbehälter 100 sammeln sich im oberen Standrohrabschnitt 115 an.
Ein Entgasungskanal 69 verbindet das offene, obere Ende des oberen Standrohrabschnitts
115 mit dem Regeneratorabschnitt 104 für die verdünnte Phase und führt das angesammelte,
entlüftete Gas aus dem Katalysator-Standrohr 114 in den oberen Abschnitt des Regeneratorbehälters
100 ab.
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Wie bereits ausgeführt, steht das offene, obere Ende des oberen Regeneratorabschnitts
102 in freier Verbindung mit dem offenen, unteren Ende des Übergangsabschnitts 103,
so daß Regenerationsgas und mitgeführter Katalysator von der Oberfläche des im oberen
Regeneratorabschnitt 101 aufrecht erhaltenen dichtphasigen Katalysator-Fließbetts
in den Regeneratorabschnitt 104 für die verdünnte Phase eintreten können, in welchem
eine verdünnte Phase aus in Regenerationsgas suspendiertem Katalysator aufrecht
erhalten wird.
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Das offene, obere Ende des Ubergangsabschnitts 103 steht in
freier
Verbindung mit dem offenen, unteren Ende des Regeneratorabschnitts 104 für die verdünnte
Phase, so daß Regenerationsgas und mitgeführter Katalysator in die im Regeneratorabschnitt
104 für die verdünnte Phase befindliche verdünnte Katalysatorphase zuströmen können.
Die Querschnittsfläche des Regeneratorabschnitts 104 für die verdünnte Phase ist
derart bemessen, daß die Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit des durch diesen Querschnitt
durchtretenden Gasstroms im Bereich zwischen 0,3 bis 0,67 m/sec liegt. Innerhalb
des Regeneratorabschnitts 104 für die verdünnte Phase ist eine Katalysator-Gas-Trennvorrichtung
118, vorzugsweise von Zyklonenabscheidern, vorgesehen, um den mitgeführten Katalysator
von dem erschöpften Regenerationsgas zu trennen. Entsprechend der Erfindung kann
die Katalysator-Gas-Trennvorrichtung 118 aus einem oder aus mehreren, in Reihe oder
parallelgeschalteten Zyklonenabscheidern bestehen, welcher bzw. welche eine praktisch
vollständige Abtrennung des mitgeführten Katalysators von dem erschöpften Regeneratorgas
gestattet bzw. gestatten. Der Übersichtlichkeit halber ist in der Zeichnung nur
eine einzige Trennvorrichtung 118 dargestellt. Die mit dem unteren Ende der Trennvorrichtung
118 in Verbindung stehende Rohrleitung 119 führt nach unten in den unteren Regeneratorabschnitt
101 und mündet in diesem etwa an der Stelle, an welcher erschöpfter Katalysator
von dem Verteiler 109 für erschöpften Katalysator abgegeben wird. Mitgeführter Katalysator,
der in der Trennvorrichtung 118 von dem erschöpften Regenerationsgas abgetrennt
worden ist, strömt mit Regenerationstemperatur durch die Rohrleitung 119 nach unten
und wird am unteren Ende derselben in das untere Ende des unteren Regeneratorabschnitts
101 abgegeben, in welchem sich der abgetrennte, heiße Katalysator mit erschöpftem
Katalysator und primärem Regenerationgas vermischt und dabei die Temperatur derselben
steigert, so daß die Einleitung des Koksabbbrands auf dem erschöpften Katalysator
begünstigt wird.
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Eine Rohrleitung 120 verbindet das obere Ende der Trennvorrichtung
118 mit einer Sammelkammer 121, welche fest mit dem oberen Ende des Regeneratorbehälters
100 verbunden ist. Erschöpftes Regenerationsgas, das in der Katalysator-Gas-Trennvorrichtung
118 praktisch völlig von mitgeführtem Katalysator befreit worden ist, strömt durch
die Rohrleitung 120 hindurch in die Sammelkammer 121 ein. Eine mit der Sammelkammer
121 in Verbindung stehende Abgasleitung 122 gestattet das Abführen von erschöpftem
Regenerationsgas aus dem Regeneratorbehälter 100 in Form von Rauch- oder Abgas.
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Katalytische Fließbett-Crackvorrichtungen, die mit einer nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildeten Regeneriervorrichtung versehen sind, wandeln
einen Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom in niedriger siedende gecrackte Kohlenwasserstoffe
und Koks um. Diese Umwandlung eines Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms erfolgt
in der Weise, daß dieser unter Crackbedingungen in einer katalytischen Fließbett-Crackreaktionszone
mit heißem, regeneriertem Katalysator in Berührung gebracht wird. Dieser Vorgang
kann in einem Steigrohr-Transportreaktor bzw. in einem Reaktionsgefäß, das ein dichtphasiges
Katalysator-Fließbett enthält, welches durch die nach oben strömenden Dämpfe des
Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms fließfähig gemacht wird, oder in einer Reaktionszone
erfolgen, die sowohl eine Steigrohr-Transportzone als auch ein dichtphasiges Katalysator-Fließbett
enthält. Die Reaktionsbedingungen zur Umwandlung eines Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms
oder -stoffs umfassen Reaktionstemperaturen im Bereich von etwa 454 - 593 OC, Reaktionsdrücke
im Bereich von 0,3 bis 3,4 Bar oder höher, Gewichtsverhältnisse von regeneriertem
Katalysator zu Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom (Katalysa tor/Öl-Verhältnis)
von etwa 2:1 bis etwa 20:1, Katalysator-Kohlenwasserstoff-Kontaktzeiten von etwa
10 Sekunden bis zu etwa 5 Minuten und Oberflächen-Dampfgeschwindigkeiten im Reaktor
im
Bereich von 0,2 bis 0,9 m/sec. In einem derartigen katalytischen Fließbett-Crackverfahren
werden der Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom und der heiße, regenerierte Katalysator
unter bestimmten Reaktionsbedingungen in gegenseitige Berührung gebracht, bei denen
der Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom in Kohlenwasserstoffe niedrigeren Molekulargewichts
umgewandelt wird. Ein erheblicher Anteil der in Berührung mit dem Katalysator stehenden
Kohlenwasserstoffe befinden sich dabei in der Dampfphase, wobei ein kleinerer Anteil
in flüssiger oder fester Phase vorliegt. Die festen und flüssigen Kohlenwasserstoffe
sammeln sich auf den Katalysatorteilchen an und setzen die Katalysatoraktivität
herab.
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Ein solche Kohlenwasserstoffe enthaltender Katalysator wird als erschöpfter
Katalysator bezeichnet. Bei diesen katalytischen Fließbett-Crackverfahren wird der
erschöpfte Katalysator aufbereitet, um die angesammelten Kohlenwasserstoffe abzuscheiden
und die Crackaktivität wiederherzustellen. Zu diesem Zweck wird der erschöpfte Katalysator,
welcher angesammelte Kohlenwasserstoffe enthält, aus der Reaktionszone des katalytischen
Fließbett-Crackverfahrens in eine Strippingzone übergeleitet, in welcher der erschöpfte
Katalysator bei einer Temperatur im Bereich von etwa 400 bis 593 OC in Berührung
mit Strippingdampf (wie z.B. Wasserdampf) gebracht und wenigstens ein Teil der auf
dem Katalysator angesammelten, flüchtigen Kohlenwasserstoffe verdampft wird. Die
verflüchtigten Kohlenwasserstoffe und Strippingd-ämpfe werden dann aus der Strippingzone
in die Reaktionszone eingeleitet. Nichtflüchtige Kohlenwasserstoffrückstände (die
im allgemeinen als Koks bezeichnet sind) enthaltender, gestrippter Katalysator wird
einer Regenerationszone zugeführt, in welcher die katalytische Aktivität des Katalysators
durch Abbrennen des in diesem enthaltenen Koks mit einem molekularen Sauerstoff
enthaltenden Regenerationsgas bei erhöhter Temperatur wiederhergestellt wird. Im
Anschluß an die Regenerierung wird der
heiße, regenerierte Katalysator,
dessen Aktivität wiederhergestellt worden ist, aus der Regenerationszone abgeführt
und in der Reaktionszone wie oben beschrieben wiederum in Berührung mit neuem Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom
gebracht.
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Vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der hier beschriebenen
Vorrichtung regenerierbare Katalysatoren umfassen die allgemein als "Zeolith"- oder
"Molekularsieb"-Crackkatalysatoren bezeichneten. Katalysatoren dieser Art werden
hier aus Gründen der Einfachheit als Zeolithkatalysatoren bezeichnet. Derartige
Zeolithkatalysatoren enthalten etwa 95 - 85 Gew.-% einer amorphen, feuerfesten Metalloxidmatrix
und etwa 5 bis 15 Gew.-% (und vorzugsweise 8 bis 10 Gew.-%) kristallines Aluminiumsilikatzeolith-Molekularsieb
mit gleichförmigen kristallinen Porenöffnungen, das in der Matrix dispergiert ist.
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Die Matrix weist im allgemeinen eine hohe Crackaktivität auf und ist
ausgewählt aus in der Natur vorkommenden Tonen und synthetischen Oxidgemischen wie
z.B. Kiesel- und Tonerden, Kieselerde und Magnesia, Kieselerde und Zirconia usw.
Der Zeolithanteil dieser Zeolith-Crackkatalysatoren besteht aus kleinen Teilchen
aus natürlichen oder synthetischen, kristallinen Aluminiumsilikat-Zeolith-Molekularsieben
wie z.B. Faujasit, Chabazit, X-Typ- oder Y-Typ-Aluminiumsilikaten usw.
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in denen der größte Teil des Natriumanteils durch Jonenaustausch mit
Jonen von Magnesium, seltenen Erden, Ammonium, Wasserstoff und/oder anderen zweiwerigen
und mehrwertigen Jonen ersetzt ist, wodurch die Katalysatoraktivität gesteigert
wird.
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Die hier beschriebene Vorrichtung ist besonders gut geeignet zum Regenerieren
derartiger Zeolith-Crackkatalysatoren mit Förderung, wodurch die Abbrenngeschwindigkeit
von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid innerhalb der Regenerationszone gesteigert wird.
Derartige Zeolith-Katalysatoren mit Förderung haben beispielsweise eine bestimmte
Porengröße und enthalten kleine Mengen an z.B. Platin, Nickel, Eisen und anderen
Stoffen,
welche die Verbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid bei den normalerweise in
der Regenerierung katalytischer Crackkatalysatoren verwendeten Temperaturen katalytisch
verbessern.
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Der in die Regenerationszone eingeleitete, erschöpfte Crackkatalysator
enthält etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 2,0 Gew.-% Koks.
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Beim Regenerieren eines derartigen, erschöpften Katalysators unter
Abbrennen des Koks zur Wiederherstellung der katalytischen Aktivität kann der Zeolithkatalysator
auch auf etwas über 718 OC betragende Temperaturen gebracht werden, ohne daß dadurch
die katalytische Aktivität in nennenswertem Umfang beeinträchtigt wird. Bei über
etwa 816 OC liegenden Temperaturen wird der Aufbau und/oder die Zusammensetzung
des Katalysators in der Weise beeinflußt, daß der Katalysator wenigstens einen Teil
seiner katalytischen Aktivität irreversibel verliert.
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Bei der Regenerierung von Katalysator in einem katalytischen Fließbett-Crackverfahren
wird der Koks mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Regenerationsgas bei
erhöhter Temperatur aus dem Katalysator abgebrannt. Im allgemeinen wird als Regenerationsgas
Luft verwendet, wenngleich auch andere, molekularen Sauerstoff enthaltende Regenerationsgase
wie z.B. mit Sauerstoff angereicherte Luft, Dampf- und Luftgemische und dgl. verwendet
werden können. Der Regenerationsgrad der katalytischen Aktivität eines erschöpften
Crackkatalysators ist proportional dem Grad der Koksausscheidung aus dem Katalysator.
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Ein niedrigerer Kohlenstoffrückstand im regenerierten Katalysator
hat eine höhere katalytische Aktivität des regenerierten Katalysators zur Folge.
Die regenerierte katalytische -Aktivität von Zeolithcrackkatalysatoren scheint etwas
empfindlicher zu sein gegenüber einem Kohlenstoffrückstand als die regenerierte
Aktivität eines amorphen Crackkatalysators. Vorzugsweise wird der Kohlenstoffrückstand
des regenerierten
Katalysators auf etwa 0,1 Gew.-% oder weniger
verringert.
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Als Kohlenwasserstoff-Beschrkungsstoffe kommen in diesem Zusammenhang
in Frage alle Beschickungsstoffe, die durch Cracken in brauchbare Kohlenwasserstoffprodukte
niedrigeren Molekulargewichts übergeführt werden können. Beispiele für derartige
Kohlenwasserstoff-Beschickungsstoffe sind jungfräuliche Gasöle, Vakuumgasöle, atmosphärische
Rückstände, sogenannte "topped crudes", Schieferöle, Teersandöle, jungfräuliche
Naphthas und Umwälzöle, sowie gecrackte Naphthaumwälzströme aus Crackverfahren.
Ein Teil dieser Kohlenwasserstoff-Beschickungsstoffe wird im katalytischen Fließbett-Crackverfahren
zu Koks umgesetzt. Der zu Koks umgesetzte Anteil ist dabei proportional dem Siedebereich
des jeweiligen Beschickungsstoffes und liegt zwischen etwa 1 Gew.-% für einige Naphthas
und etwa 15 Gew.-% oder mehr für einige Rückstände.
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Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erschöpfter Crackkatalysator,
der etwa 0,5 bis 2,0 Gew.-% Koks enthält, durch die Zuleitung 105 für erschöpften
Katalysator hindurch in senkrechter Richtung nach unten in die axiale Mitte einer
im unteren Regeneratorabschnitt 101 befindlichen ersten Regenerationszone abgegeben.
Der nach unten strömende erschöpfte Katalysator wird dabei unter turbulenten Strömungsbedingungen
mit einem radial in die erste Regenerationszone einströmenden primären Regenerationsgas
in Berührung gebracht, wobei sich der erschöpfte Katalysator innig mit dem Regenerationsgas
vermischt, und das sich dabei ergebende Gemisch gleichmäßig über die Querschnittsfläche
der ersten Regenerationszone verteilt. primäres Regenerationsgas wird der ersten
Regenerationszone durch den Primärregenerationsgasverteiler 107 in einer ausreichend
hohen Menge zugeführt, damit es etwa 25 bis 40 % des zur vollständigen Verbrennung
des Koks auf dem erschöpften Katalysator zu Kohlendioxid und Wasser stöchiometrisch
benötigten
molekularen Sauerstoffs entspricht. Der in diese erste
Regenerationszone eintretende erschöpfte Katalysator weist eine Temperatur im Bereich
von etwa 400 bis 593 OC auf, während das in die gleiche Regenerationszone eingeführte
primäre Regenerationsgas eine Temperatur von etwa 37 bis 316 OC aufweist, so daß
auf diese Weise die Verbrennung des Koks auf dem erschöpften Katalysator eingeleitet
wird. Die Verweilzeit des erschöpften Katalysators in der ersten Regenerationszone
ist ausreichend lang bemessen, damit über die Querschnittsfläche des unteren Regeneratorabschnitts
101 eine gleichförmige Verteilung von erschöpftem Katalysator und primärem Regenerationsgas
erzielt wird, und liegt im Bereich von etwa 10 Sekunden bis zu 1 Minute. Aus der
ersten Regenerationszone strömen erschöpfter Katalysator und Regenerationsgas nach
oben in eine im oberen Regeneratorabschnitt 102 aufrecht erhaltene zweite Regenerationszone
ein. In den unteren Abschnitt dieser zweiten Regenerationszone wird über die Sekundärregenerationsgasleitung
110 und den Verteiler 109 molekularen Sauerstoff enthaltendes sekundäres Regenerationsgas
radial zugeführt. Der Durchsatz an sekundärem Regenerationsgas ist so hoch bemessen,
daß der Gesamtsauerstoff im Regenerationsgas äquivalent ist 100 bis 110 % des zur
Verbrennung von Koks zu Kohlenmonoxid und Wasser stöchiometrisch benötigten Sauerstoffs.
In der zweiten Regenerationszone werden die Arbeitsbedingungen in der Weise eingestellt
und aufrecht erhalten, daß ein in Regeneration befindliches, dichtphasiges Katalysator-Fließbett
durch die nach oben gerichtete Regenerationsgasströmung fließfähig gemacht und gehalten
und praktisch sämtlicher Koks in dem in Regeneration befindlichen Katalysator verbrannt
wird. In der zweiten Regenerationszone weist das dichtphasige Katalysator-Fließbett
eine Dichte im Bereich von etwa 320 bis 481 kg/m3 und eine obere Oberfläche auf,
welche überlagert ist von einer verdünnten Phase aus in Regenerationsgas suspendiertem
Katalysator. Die Arbeitsbedingungen
innerhalb der zweiten Regenerationszone
zwecks Aufrechterhaltung des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts und zur Erzielung
des gewünschten Regeneratonsgrads umfassen Regenerationstemperaturen im Bereich
von etwa 566 - 732 "C, Regenerationsdrücke im oberen Bereich des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts
von etwa 0,4 bis 3,4 Bar, Regenerationsgas-Oberflächen-Dampfgeschwindigkeiten in
nach oben weisender Richtung durch das dichtphasige Bett im Bereich von etwa 0,7
bis 1,8 m/sec, Katalysator-Verweilzeiten im dichtphasigen Bett im Bereich von etwa
3 bis 20 Minuten und eine spezifische Koksabbrenngeschwindigkeit im Bereich von
etwa 0,05 bis 1,0 kg Koks pro Stunde pro kg Katalysator, bezogen auf den Bestand
an Katalysator im dichtphasigen Fließbett. Unter diesen Regenerationsbedingungen
läßt sich der Kohlenstoffrückstand auf dem regenerierten Katalysator auf 0,1 Gew.-%
und vorzugsweise auf 0,05 Gew.-% oder darunter verringern.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden Primärregenerationsgas und
Katalysator in der ersten Regenerationszone innig miteinander vermischt, und dieses
Gemisch strömt dann nach oben in das untere Ende der zweiten Regenerationszone ein.
Regenerierter Katalysator wird aus dem oberen Bereich der zweiten Regenerationszone
in der Nähe der oberen Oberfläche des Katalysator-Fließbetts durch den Kanal 113
für regenerierten Katalysator abgezogen, der keine Vorsprünge aufweist, welche die
ungehinderte, glatte Strömung von Katalysator und Dämpfen innerhalb des dichtphasigen
Katalysator-Fließbetts behindern könnten. Der Kanal 113 führt den regenerierten
Katalysator in das außerhalb der zweiten Regenerationszone befindliche Standrohr
113 für regenerierten Katalysator ein, in welchem der regenerierte Katalysator das
mitgeführte Regenerationsgas freisetzt, so daß im unteren Standrohrabschnitt 116
ein entgastes Bett aus regeneriertem Katalysator entsteht. Heißer,
regenerierter
Katalysator wird aus dem unteren Standrohrabschnitt 116 abgezogen und in der Reaktionszone
des katalytischen Fließbett-Crackverfahrens in Berührung mit neuem Kohlenwasserstoff-Beschickungsstrom
gebracht. Das von dem regenerierten Katalysator abgetrennte Regenerationsgas strömt
durch den oberen Standrohrabschnitt 115 und den Entgasungskanal 69 hindurch in die
verdünnte Katalysatorphase ein, welche das dichtphasige Katalysator-Fließbett überlagert.
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Aus Stickstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid bestehendes Regenerationsgas,
das praktisch keinen molekularen Sauerstoff mehr, jedoch eine kleine Menge an mitgeführtem
Katalysator enthält, wird an der oberen Oberfläche des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts
freigesetzt und tritt in eine Übergangszone von zunehmender Querschnittsfläche ein,
so daß die Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit der erschöpften Regenerationsgase auf
einen Wert von etwa 0,3 bis 0,67 m/sec abnimmt. Bei Verringerung der Oberflächen-Dampfgeschwindigkeit
des erschöpften Regenerationsgases innerhalb der Übergangszone kehren große Mengen
an mitgeführtem Katalysator unter Schwerkrafteinfluß in den oberen Bereich des dichtphasigen
Katalysator-Fließbetts zurück. Erschöpftes Regenerationsgas am oberen Ende der Obergangszone
bildet eine verdünnte Phase, in der eine kleine Menge an Katalysator suspendiert
ist. Diese verdünnte Phase weist eine Dichte von etwa 1,6 bis 16 kg pro m3 auf und
tritt in das untere Ende einer Regenerationszone für die verdünnte Phase ein. Das
Verhältnis von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid im erschöpften Regenerationsgas der
verdünnten Phase kann von etwa 1:1- bis etwa 500:1 oder höher betragen, jeweils
in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen innerhalb des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts.
Da Kohlenmonoxid ein stark umweltbelastendes Medium ist, sollte es weitgehendst
innerhalb des Regeneratorbehälters 100 zu Kohlendioxid verbrannt werden. Mit Zeolithcrackkatalysatoren
ohne Förderung führen
erhöhte Temperaturen in der dichtphasigen
Regenerationszone zu einer erhöhten Verbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid,
so daß bei einer Temperatur von etwa 732 OC der Kohlenmonoxidgehalt des erschöpften
Regenerationsgases unter den angegebenen Regenerationsbedingungen weniger als 1
Gew.-% und vorzugsweise weniger als etwa 200 PPM Gewicht beträgt.
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Bei Verwendung eines für die Verbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid
ausgelegten Katalysators wird eine praktisch vollständige Verbrennung von Kohlenmonoxid
zu Kohlendioxid bei wesentlich niedrigeren Temperaturen im Bereich von etwa 677
OC erzielt. Sollte die Verbrennung von Kohlenmonoxid im dichtphasigen Fließbett
unvollständig und in dem in die hub er gangszone eintretenden erschöpften Regenerationsgas
größere Mengen an Kohlenmonoxid vorhanden sein, wird zusätzliches, sekundäres Regenerationsgas
in einer Menge von etwa 1 bis 10 Mol-% Sauerstoffüberschuß gegenüber der zur vollständigen
Verbrennung des Koks im erschöpften Katalysator benötigten Sauerstoffs über die
Sekundärregenerationsgasleitung 110 und den Verteiler 109 in die zweite Regenerationszone
eingeleitet.
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Dieser, in das dichtphasige Fließbett injizierte zusätzliche Sauerstoff
ermöglicht eine praktisch vollständige Verbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid
im dichtphasigen Fließbett.
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Außerdem führt ein Sauerstoffüberschuß im erschöpften Regenerationsgas
in der Ubergangszone und in der Regenerationszone für die verdünnte Phase zu einer
zusätzlichen Verbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Der vom erschöpften
Regenerationsgas mitgeführte Katalysatoranteil, welcher unter Schwerkrafteinfluß
aus der Übergangszone auf die obere Oberfläche des dichtphasigen Katalysator-Fließbetts
zurückfällt, führt einen großen Teil der bei der Verbrennung von Kohlenmonoxid zu
Kohlendioxid in der Übergangszone frei werdenden Verbrennungswärme wiederum dem
dichtphasigen Katalysator-Fließbett zu, so daß die Temperatur der verdünnten Phase
nicht über eine Temperatur ansteigt, bei welcher mitgeführter Katalysator deaktiviert
wird
(d.h. eine Temperatur von etwa 790 OC).
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Die aus erschöpftem Regenerationsgas und Katalysator bestehende verdünnte
Phase, in welcher Kohlenmonoxid praktisch völlig zu Kohlendioxid verbrannt ist,
tritt aus der Regenerationszone für die verdünnte Phase in eine Katalysator-Gas-Trennzone
ein, in welcher erschöpftes Regenerationsgas praktisch völlig von dem mitgeführten
Katalysator getrennt wird.
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Von der Trennzone wird erschöpftes Regenerationsgas in Form von Rauchgas
aus der Regenerationszone abgeführt. Abgetrennter Katalysator mit einer Regenerationstemperatur
im Bereich von 621 bis 790 OC vom Boden der Trennzone wird zur ersten Regenerationszone
rückgeleitet, in welcher dieser heiße, regenerierte Katalysator innig mit erschöpftem
Katalysator und primärem Regenerationsgas vermischt wird und die Temperatur derselben
steigert, so daß die Verbrennung von Koks im erschöpften Katalysator begünstigt
wird.
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L e e r s e i t e