DE2924965A1 - Verfahren zum regenerieren von erschoeptem katalysator - Google Patents

Verfahren zum regenerieren von erschoeptem katalysator

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DE2924965A1
DE2924965A1 DE19792924965 DE2924965A DE2924965A1 DE 2924965 A1 DE2924965 A1 DE 2924965A1 DE 19792924965 DE19792924965 DE 19792924965 DE 2924965 A DE2924965 A DE 2924965A DE 2924965 A1 DE2924965 A1 DE 2924965A1
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gas
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catalyst
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DE19792924965
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Joel Sanford Bittensky
James Harvey Colvert
John Paul Maclean
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Texaco Development Corp
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/90—Regeneration or reactivation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/20—Regeneration or reactivation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G11/00—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G11/14—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts
    • C10G11/18—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique
    • C10G11/185—Energy recovery from regenerator effluent gases
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Description

Patentanwalt « 21. Juni 1979
Dr. Gerhard Schupfner ~3 T 79 031 DE Kirchenstraße 8
2110 Buchholz/Nordheide (D # 76,31)
TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION
2000 Westchester Avenue White Plains,N.Y. 10650
V. St. A.
VERFAHREN ZUM REGENERIEREN VON ERSCHÖPFTEM KATALYSATOR
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von erschöpftem Katalysator aus einem katalytischen Fließbett-Crackverfahren, bei dem der erschöpfte Katalysator in einer Regenerationszone unter erhöhten Drücken und Temperaturen mit einem oxidierenden Regenerationsgas in Berührung gebracht und auf dem erschöpften Katalysator abgelagertes kohlenstoffhaltiges Material verbrannt wird, wobei heiße Regenerationsgase und regenerierter Katalysator erhalten werden, welche nach Trennung ein heißes Abgas ergeben, dieses in der Turbine einer aus Expanderturbine und Axialgasverdichter bestehenden Maschinengruppe expandiert und verdichteten Sauerstoff enthaltendes Gas aus dem Verdichter als wenigstens Teil des Regenerationsgases in der Regenerationszone eingesetzt wird, wobei der Abgasausstoß in der Regenerationszone von etwa 50 % bis etwa 100 % des konstruktiv vorgegebenen Nennleistung der Gruppe Expanderturbine und Axialgasverdichter beträgt.
Das vorgeschlagene Verfahren ist insbesondere gerichtet auf die Leistungsgewinnung aus heißen Regenerationsgasen, die bei einem derartigen Regenerationsverfahren rückgewonnen werden.
Bei einem typischen katalytischen Fließbett-Crackverfahren wird erschöpfter Katalysator kontinuierlich aus der Crackeinheit abgezogen und in einen Regenerator eingeführt, in diesem regeneriert und dann zur Crackeinheit rückgeführt. Im Regenerator wird der verschmutzte Katalysator bei erhöhten Temperaturen und Drücken mit einem oxidierenden Regenerationsgas in Berührung gebracht, um Koks und andere kohlenstoffhaltige Ablagerungen auf dem Katalysator abzubrennen.
Das Abbrennen kohlenstoffhaltiger Ablagerungen kann in einer Fließbettkammer erfolgen, welche die Katalysator-Feststoffteilchen enthält, und durch welche ein zum Herbeiführen der Fließfähigkeit dienendes Gas von unten nach oben in einem Durchsatz durchgeleitet wird, um die Teilchen in einem Fließbett zu halten, d.h. in einem turbulenten Zustand mit quasi
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Plüssigkeitseigenschaften, einschließlich einer erkennbaren Obergrenze. Das zum Erzielen der Fließfähigkeit benutzte Gas besteht aus bzw. enthält wenigstens das oxidierende Regenerationsgas. Die durch das Abbrennen der kohlenstoffhaltigen Ablagerungen erzeugten Verbrennungs- und Regenerationsgase haben typischerweise hohe Temperaturen und stehen unter erhöhtem Druck. So ist beispielsweise nicht ungewöhnlich, daß die Temperatur von Regenerationsgasen 53 0 0C übersteigt und bis zu 816 0C oder sogar noch mehr beträgt, wobei die Drücke im Bereich von etwa 0,7 bar bis zu etwa 2,5 bar oder höher liegen. Die aus der Regenerationszone austretenden und allgemeinhin als Abgase bezeichneten Gase stellen ein großes Energiepotential dar, das dazu eingesetzt werden kann, einen Teil des Leistungsaufwands rückzugewinnen, der zum Verdichten der als oxidierendes Regenerationsgas verwendeten Luft benötigt wird. In manchen Fällen wird bei der Regeneration ausreichend viel Energie freigesetzt, so daß sich bei einwandfreier Rückgewinnung ein Energieüberschuß bei der Regenerierung erzielen und somit Energie für andere Anwendungen wie z.B. zur Erzeugung von Elektrizität gewinnen läßt.
Zur Energiegewinnung aus von Regeneratoren abgegebenen heißen Abgasen werden üblicherweise Expansionsturbinen oder sogenannte Turboexpander eingesetzt, üblicherweise wird das eine hohe Temperatur aufweisende und unter erhöhtem Druck stehende Abgas in eine Expansionsturbine eingeleitet, deren Abtriebswelle einen Luftverdichter antreibt, der Druckluft für das Regenerationsverfahren erzeugt.
In letzter Zeit wurden katalytisch^ Fließbett-Crackkatalysatoren eingeführt, welche eine im wesentlichen vollständige Verbrennung des auf dem erschöpften Katalysator abgelagerten kohlenstoffhaltigen Materials zu Kohlendioxid in der dichtphasigen Zone des Regenerators gestatten, wobei im wesentlichen kein Kohlenmonoxid anfällt. Der Einsatz derartiger Katalysa-
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toren ist in hohem Maße wünschenswert, da mit diesen ein unerwünschtes "Nachbrennen" im Bereich verdünnter Phase des Regenerators verhindert wird, was durch das Vorhandensein von Kohlenmonoxid und Sauerstoff im Regenerationsgas hervorgerufen werden kann. Außerdem wird sämtliche Verbrennungswärme innerhalb des katalytischen Fließbett-Crackverfahrens ausgenutzt, geht daher nicht verloren und braucht auch nicht außerhalb des Regenerators in einem Kohlenmonoxidkessel rückgewonnen zu werden. Das vorgenannte Verfahren ist beschrieben z.B. in den U.S. Patentschriften 3 137 133 und 3 139 726. Beim Einsatz von Katalysatoren für vollständige Verbrennung, welche eine gesteigerte Verbrennungswärmerückgewinnung gestatten, ist die Temperatur im dichtphasigen Regenerationsbereich höher, so daß niedrigere Katalysator-Öl-Verhältnisse in der Crackzone angesetzt werden können und sich damit wiederum verbesserte Ausbeuten ergeben. Wie gesagt, werden die aus der Regenerationsζone kommenden heißen Abgase typischerweise in der Expansionsturbine einer aus Expanderturbine und Verdichter bestehenden Maschinengruppe entspannt, um Energie aus dem Abgas zu gewinnen. Zwar lassen sich auch Kreiselverdichter oder Turbogebläse zur Leistungsrückgewinnung verwenden, jedoch bieten Axialverdichter aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer höheren Leistung bestimmte Vorteile. In derartigen Systemen ergibt sich jedoch beim Einsatz von Axialverdichtern ein besonderes Problem. Aufgrund der verhältnismäßig stellen Spitzenleistungskennlinie von Axialverdichtern kann der Pumppunkt nahe, d.h. bis zu 10 % am Nenndurchsatz liegen. Diese Eigenschaft von Axialverdichtern macht diese anfällig gegenüber Druckstößen oder Pumpeneffekte. Wenn der Axialverdichter nicht unter Bedingungen betrieben wird, bei denen mehr Luft als erforderlich auf der Auslaßseite verdichtet wird, kommt es zur Druckstoßentwicklung. Für Axialgebläse gibt es einen Mindestleistungswert, unter dem ihr Betrieb instabil wird, d.h. Druckstöße auftreten. Druckstöße treten immer dann auf, wenn der Leitungsdruck auf der Auslaß-
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seite des Verdichters höher ist als der Auslaßdruck, den die Maschine erzeugen kann. Da das verdichtete Gas nicht in die Auslaßleitung eintreten kann, strömt es unter großer Geschwindigkeit in den Verdichter zurück. Dadurch senkt sich kurzfristig der Druck in der Auslaßleitung, weswegen der Verdichter von neuem Gas in die Auslaßleitung abgibt. Der Druck in der Auslaßleitung steigt jedoch sofort zu hoch an, so daß die Luft wiederum vom Verdichter abgegeben werden kann. Das Gas strömt mit hoher Geschwindigkeit in den Verdichter zurück und der
ganze Vorgang wiederholt sich von neuem. Ein Dauerbetrieb
eines Verdichters unter Druckstoßbedingungen führt allmählich dazu, daß sich der Verdichter sprichwörtlich selbst zerreißt.
Druckstöße in Axialverdichtern können bei katalytischen Fließbett-Crackverfahren ein ernsthaftes Problem bilden, da manchmal wünschenswert ist, die Einheit unter "Teillastbetrieb" zu
fahren. Im Teillastbetrieb liegt die Menge an Beschickungsstrom zur katalytischen Fließbett-Crackanlage unter dem konstruktiv vorgesehenen Nennwert. Das bedeutet, daß die Menge an regeneriertem Katalysator und demzufolge auch die Menge an im Regenerator verwendeten Regenerationsgas kleiner sind.
Außerdem bedeutet das, daß eine geringere Verdichterleistung benötigt wird. Bei Teillastbetrieb mit Axialverdichtern war seither üblich, den Verdichter mehr Gas verdichten zu lassen als für das Regenerationsverfahren benötigt wird, um das überschüssige Gas auslaßseitig an die freie Atmosphäre abzugeben. Dadurch läßt sich zwar die Entwicklung von Druckstößen im
Verdichter vermeiden, jedoch geht im System rückgewinnbare
Energie verloren.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Regenerationsverfahren für erschöpften Katalysator aus einem katalytischen Fließbett-Crackverfahren zu schaffen, bei dem
Leistung aus dem aus der Regeneration von erschöpften, fließfähigen Crackkatalysatoren stammenden heißen Regenerations-
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gasen gewonnen wird.
Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren vom eingangs genannten Typ ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß
a) der erschöpfte Katalysator in der Regenerationszone unter Bedingungen regeneriert wird, bei denen praktisch sämtliches bei der Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials anfallendes Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid umgewandelt wird,
b) in dem Axialgasverdichter ausreichend viel sauerstoffhaltiges Gas zur Vermeidung des Entstehens von Druckstößen in dem Axialgasverdichter verdichtet und
c) praktisch sämtliches verdichtetes Gas aus dem Axialgasverdichter als Regenerationsgas in die Regenerationszone eingeführt wird.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren stellt eine Verbesserung auf dem Gebiet der Regeneration von erschöpftem Katalysator aus katalytischen Fließbett-Crackverfahren dar und gestattet insbesondere eine verbesserte Energierückgewinnung aus den im Verfahren anfallenden heißen Regenerationsgasen. Bei bekannten Verfahren wird der erschöpfte Katalysator mit einem im allgemeinen Sauerstoff enthaltenden Regenerationsgas in einer Regenerationszone bei erhöhten Drücken und Temperaturen in Berührung gebracht, um das auf dem erschöpften Katalysator abgelagerte kohlenstoffhaltige Material abzubrennen. Heiße Regnerationsgase und regenerierter Katalysator werden getrennt, wobei ein heißes Abgas erhalten wird. Das Abgas wird durch die Turbine einer aus Expanderturbine und Axialgasverdichter bestehenden Maschinengruppe expandiert, wobei die von der Expanderturbine rückgewonnene Energie zum Antrieb des Verdichters benutzt wird, der das sauerstoffhaltige Gas verdichtet, das dem Regenerator als Regenerationsgas zugeführt wird. Der Abgasanfall in der Regenerationszone beträgt im allgemeinen von etwa 50 bis etwa 100 % der Nennleistung der
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aus Expanderturbine und Axialgasverdichter bestehenden Maschinengruppe, wodurch gewährleistet ist, daß ein ausreichend hohes Expandereinlaßvolumen zur Verfügung steht.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen verbesserten Verfahren wird der erschöpfte Katalysator unter Bedingungen regeneriert, die gewährleisten, daß praktisch sämtliches beim Verbrennen des kohlenstoffhaltigen Materials erzeugtes Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid umgewandelt wird, und das vorzugsweise im dichtphasigen Bereich des Regenerators. Außerdem wird im Axialgasverdichter ausreichend viel sauerstoffhaltiges Gas verdichtet, um Druckstöße zu verhindern, und praktisch sämtliches verdichtetes Gas aus dem Axialgasverdichter wird als Regenerationsgas in die Regenerationszone eingeleitet.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im nachfolgenden anhand des in der Zeichnungsfigur dargestellten schematischen Fließdiagramms näher erläutert .
Wie anhand des Fließdiagramms ersichtlich, wird verunreinigter oder erschöpfter Katalysator aus einer (nicht dargestellten) katalytischen Fließbett-Crackanlage über die Leitung 10 in den Regenerator 12 eingeleitet. Bekanntlich enthält erschöpfter Katalysator aus einer typischen katalytischen Fließbett-Crackanlage Ablagerungen von Koks und Teerrückständen, d.h. kohlenstoffhaltiges Material, welche die Crackaktivität des Katalysators beeinträchtigen.
Über die Leitung 16 wird oxidierendes Regenerationsgas wie z.B. Druckluft oder ein anderes, sauerstoffhaltiges Gas in den Regenerator 12 zugeführt. Das oxidierende Regenerationsgas durchsetzt den Regenerator 12 nach oben in einem ausreichend hohen Durchsatz, um die Katalysatorteilchen in einem Fließbett- oder Turbulenzzustand mit quasi Flüssigkeits-
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eigenschaften zu halten, wobei die dichtphasige Zone im Regenerator eine erkennbare Oberfläche bildet. Die im Regenerator 12 herrschenden Bedingungen führen dazu, daß praktisch sämtliches durch Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials entstehendes Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid umgewandelt wird. Wie oben erwähnt, kann dies durch Einsatz sogenannter Katalysatoren für vollständige Verbrennung bewerkstelligt werden. Derartige Katalysatoren ermöglichen eine praktisch völlige Verbrennung des auf dem erschöpften Katalysator abgelagerten kohlenstoffhaltigen Materials zu Kohlendioxid in der dichtphasigen Zone des Regenerators. Die aus der dichtphasigen Zone des Regenerators 12 austretenden heißen Regenerationsgase enthalten daher wenig oder kein Kohlenmonoxid, welches zu Nachbrennen in der dünnphasigen Regeneratorzone oder in der Gas-Feststoff-Trennvorrichtung führen könnte, welche dazu dient, mitgeführten Katalysator aus den heißen Regenerationsgasen abzuscheiden. Ganz allgemein liegen die Temperaturen im Regenerator zwischen etwa 590 und 816 0C. Außerdem enthält das zugeführte oxidierende Regenerationsgas üblicherweise einen Sauerstoffüberschuß gegenüber der stöchiometrischen Menge, welche zur Umwandlung des kohlenstoffhaltigen Materials zu Kohlendioxid erforderlich ist. Die durch die Verbrennung im Regenerator 12 entstehenden heißen Regenerationsgase durchlaufen eine Trennvorrichtung 18, die aus einem oder mehreren Zyklonenabscheidern bestehen kann, durch welche mitgeführte Katalysatorteilchen aus den heißen Regenerationsgasen ausgeschieden werden. Der regenerierte Katalysator mit verbesserter Crackaktivität wird dann über die Leitung 14 zum Crackreaktor rückgeleitet.
Die heißen Abgase, d.h. die bei der Verbrennung erzeugten Gase, welche im wesentlichen von festen Katalysatorteilchen befreit sind, treten aus dem Regenerator 12 über die Leitung 20 aus und werden in eine Expanderturbine 22 eingeleitet, welche die Expandergase über die Leitung 24 zur Atmosphäre hin
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entlüftet oder an eine Energiegewinnungsvorrichtung wie z.B. einen Dampfgenerator oder dgl. abgibt. Die Expanderturbine 22 erzeugt Leistung proportional der Höhe des Drucks im Gesamtsystem. Im hier betrachteten Fall bildet die Expanderturbine 22 einen Teil einer aus Expanderturbine und Verdichter bestehenden Maschinengruppe und ist antriebsmäßig unmittelbar mit einem entsprechenden Axialgasverdichter 26 gekoppelt. Der Gasverdichter 26 saugt atmosphärische Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas über die Leitung 28 an und verdichtet es auf den im Regenerator 12 benötigten Druck. Im Verdichter 26 wird ausreichend viel sauerstoffhaltiges Gas wie z.B. Luft verdichtet, um das Entstehen von Druckstößen zu verhindern. Allgemein gesprochen wird die Menge von sauerstof fhaltigem Gas oder Druckluft so hoch bemessen, um den Ausstoß an Druckgas vom Axialgasverdichter 26 um wenigstens 10 % über der Druckstoßlinie des Verdichters zu halten. Das Druckgas wird vom Verdichter 26 in die Leitung 16 abgegeben. Eine Entlüftungsleitung 3 2 mit einem Ventil 3 4 ist an die Leitung 16 angeschlossen. Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist das Ventil 34 geschlossen.
Die in der Expanderturbine 22 entwickelte Leistung, welche über den Leistungsbedarf zum Antrieb des Axialgasverdichters 26 hinausgeht, wird vermittels eines mit der Expanderturbine 22 gekoppelten Motor-Generator-Hilfssystems 3 0 zur Erzeugung von Elektrizität ausgenutzt. Wenn die Expanderturbine 22 nicht genügend Leistung abgibt, um den Leistungsbedarf des Axialgasverdichters 26 zu decken, dient das Motor-Generator-Hilf ssystem 30 zur Deckung des Leistungsdefizits.
Sämtliches im Axialgasverdichter 26 verdichtetes sauerstoffhaltiges Gas wie z.B. Luft wird in den Regenerator 12 eingeleitet, wobei keine Druckluft an der Auslaßseite des Verdichters 26 über die Leitung 32 und das Ventil 34 abgelüftet
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wird. Dieser Zustand herrscht immer, auch dann, wenn der Regenerator 12 unter Teillastbetrieb arbeitet. Unter diesen Bedingungen liefert der Axialgasverdichter 26 zum Regenerator 12 eine Luftmenge, die größer ist als die zur Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials auch dem erschöpften Katalsator im Regenerator 12 benötigte Luftmenge. Bei bekannten Verfahren, bei denen Axialgasverdichter eingesetzt werden, ist dagegen üblich, den Verdichter mit einer Leistung zu betreiben, bei dem Druckstöße vermieden werden, und den Luftüberschuß lediglich abzulüften, statt diesen dem Regenerator zuzuführen. Das bedeutet einen Energieverlust im System, nämlich die Energie der entlüfteten Überschußluft. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Überschußluft abgelüftet wird, wird diese Energie in der Maschinengruppe aus Expanderturbine und Verdichter ausgenutzt. Wie gesagt wird bevorzugt ein Katalysator zur vollständigen Verbrennung eingesetzt, welcher gewährleistet, daß das kohlenstoffhaltige Material in der dichtphasigen Zone des Regenerators 12 zu Kohlendioxid verbrannt wird. Dementsprechend führt ein SauerstoffÜberschuß im Regenerator 12 bei Teillastbetrieb nicht zu einem Nachbrennen in der dünnphasigen Zone des Regenerators oder im Zyklonenabscheider, was darauf zurückzuführen ist, daß in den aus der dichtphasigen Zone austretenden Regenerationsgasen wenig oder kein Kohlenmonoxid enthalten ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Regenerationsverfahren anwendbar ist, bei denen praktisch sämtliches bei Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Material erzeugtes Kohlenmonoxid in der Regenerationszone zu Kohlendioxid umgewandelt wird. Unter diesen Bedingungen führt ein Sauerstoffüberschuß nicht zu einem Nachbrennen in den Trennvorrichtungen oder in nachgeschalteten Einrichtungen .
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus den nachstehenden Tabellen ersichtlich, welche Betriebsdaten für ein typisches System dieser Art angeben, welches einen
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Leistungsgewinn erbringt und in Verbindung mit einer typischen katalytischen Fließbett-Crackanlage betrieben wird.
Tabelle I gibt die reaktorseitigen Bedingungen für Nenn- und Teillastbetrieb an, während die Tabellen II und III Leistungsgewinnbedingungen bei Nenn- und Teillastbetrieb angeben.
Tabelle I
Fall Nennleistung A/B C/D
(75% Teillast) (50% TeijLast)
Beschickungs-Heizvorr. ,..x
Auslaßtemperatur (0C) 274 274/295 254/348,5 u;
Steigrohr - . m
Auslaßtemperatur (0C) 521 51 3 l ; 501,5 K }
Du rchs atz verhältni s 1,14 1,14 1,14
Katalysator-Umwälzrate
(t/min) 48,0 34,4 21,8
Reaktorgefäß-Obendruck
(bar) 2,73 2,73 2,73
Koksausbeute Gew.-% (FBS) K ' 5,30 5,30 5,30 Gas-öl-Umsetzung
(Vol.-%) (FBS) 75,0 75,0 75,0
Vorwärmtemperatur des Beschickungsstroms in B gesteigert, um das Katalysator-Öl-Gewichtsverhältnis konstant zu halten,
wohingegen die Temperatur des Reaktorbetts aufgrund des Vorhandenseins von Überschußluft abfällt.
Frischer Beschickungsstrom
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Tabelle II
Nennleistung A (75% B (75% Fall Teillast) Teillast)
Luftdurchsatz zu Regenerator
(Mkp/h) 274 ,5
Luftdurchsatz vom Gebläse
(Mkp/h)		 274 ,5
Luftbedarf für Verbrennung
(Mkp/h)		 274, ,5
Abgelüftete Druckluft
(Mkp/h)		 O
Temperatur Regeneratorbett
(°C)		 718, ,5
Obentemperatur Regenerator
(0C)		 727
Obendruck Regenerator (bar) 3, ,08
Druckluftgebläse, Auslaß
druck (bar)		 3, ■ 48
Expander Einlaßdruck (bar) 2, 65
Expander Exnlaßtemperatur
(0C) 695
Expanderleistung (kW) 13.722
Gebläseleistung (kW) 12.231
Erzeugte Leistung (kW) 1 .491
O0 in Abgas (Vol.-%) 1,0
205,8 . 236,9(1)
236,9 23 6,9
205,8 205,8
30,9 0
718,5 711
. 727 719,5
3,08 3,08
3,42 3,44
2,10 2,32
695 695
8.575 10.633
10.360 10.435
(1.784)(2) 198
1,0 3,7
Das Leistungsdiagramm für das Gebläse zeigt, daß der vom Gebläse abgegebene Luftdurchsatz unter diesen Bedingungen 86,2 % des Nenndurchsatzes betragen muß, damit er um 10 % von der Druckstoßlinie entfernt ist. Diese Zahl ist nicht ganz zutreffend, da sie berechnet ist auf der Grundlage eines Temperaturwerts und eines Materialgleichgewichts-Einlaßwerts für O~ in Abgas.
Der in Klammern erscheinende Wert gibt das Leistungsdefizit in kW an, welches vom Motor ausgeglichen wird.
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Tabelle III Fall Nennleistung
L.^:v;urchsatz zum
Regenerator (Mkp/h)		 274,5
Luftdurchsatz vom Gebläse
(Mkp/h)		 274,5
Luftbedarf für Verbrennung
(Mkp/h)		 274,5
C (50% D (50'έ
Teillast) Teillast
137.2 238,3
238.3 238,3
137,2 137,2.
Abgelüftete Druckluft
(Mkp/h) 0 101,0 0
Temperatur Regeneratorbett
(0C) 718,5 718,5 681
Obentemperatur Regenerator (0C) 727
Obendruck Regenerator (bar) 3,08
Druckluftgebläse, Auslaßdruck (bar) 3,48
Expander Einlaßdruck (bar) 2,65 Expander Einlaßtemperatur
(0C) 695
Expanderleistung (kW) 13.722
Gebläseleistung (kW) 12.231
Erzeugte Leistung (kW) 1.491 (2) ' (427)
O2 im Abgas (Vol.-%) 1,0 1,0 9,6
Das Leistungsdiagramm für das Gebläse zeigt, daß der vom Gebläse abgegebene Luftdurchsatz unter diesen Bedingungen 86,8 % des Nenndurchsatzes betragen muß, damit er um 10 % von der Druckstoßlinie entfernt ist.
Das Einlaßvolumen der Expanderturbine ist so niedrig, daß die Bedingungen weit unterhalb des Bereichs liegen, der im Leistungsdiagramm für die Expanderturbine angegeben ist. Dieser Fall ist somit unbrauchbar.
Der in Klammern erscheinende Wert gibt das Leistungsdefizit in kW an, welches vom Motor ausgeglichen wird.
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727 1 689,5
3,08 1 3,08
3,38 3,44
(2) 2,27
(2) 689,5
(2) 0.08 6
(2) 0.513
Wie im Fall A aus Tabelle II ersichtlich, bei 75 % Teillastbetrieb, d.h. nur 75 % Beschickungsstrom, wird ein Teil des vom Verdichter benötigten Luftüberschusses, um diesen in einem sicheren Abstand vom Druckstoßpunkt zu halten, abgelassen oder abgelüftet und nicht dem Regenerator zugeführt, d.h. das Ventil 34 ist offen. Unter diesen Umständen ergibt sich ein nennenswerter Leistungsbedarf, indem die Expanderturbine 8.575 kW erzeugt, während der Verdichter einen Leistungsbedarf von 10.360 kW aufweist. Dieser Leistungsmangel oder das Leistungsdefizit macht erforderlich, daß ein Hilfsantrieb wie z.B. der Motor-Generator 30 zugeschaltet wird. Im Falle B von Tabelle II mit ebenfalls 75 % Teillastbetrieb läßt sich ersehen, daß dann, wenn der Luftüberschuß durch den Generator durchgesetzt wird, die gewonnene Leistung von 10.633 kW höher ist als der Leistungsbedarf des Axialverdichters von 10.435 kW.
Im Fall D von Tabelle III ist ein Betriebszustand dargestellt für 50 % Teillastbetrieb, bei dem der zur Verbrennung benötigte Luftüberschuß durch den Regenerator durchgesetzt wird. Es besteht zwar ein Leistungsdefizit von 427 kW, die jedoch durch einen Hilfsantrieb aufgebracht werden müssen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß auch unter diesem stark gedrosselten Teillastbetrieb nur sehr wenig Zusatzleistung benötigt wird. Im Falle C mit ebenfalls 50 % Teillastbetrieb wird der zur Verbrennung benötigte Luftüberschuß abgelüftet. Wie für diese Umstände ersichtlich, ist das Einlaßvolumen der Expanderturbine so niedrig, daß das System nicht arbeitsfähig ist.
Wie aus dem vorstehenden ersichtlich, stellt die Erfindung ein Verfahren dar, das eine maximale Energieausbeute beim Regenerieren von erschöpftem Katalysator aus einer katalytischen Fließbett-Crackanlage ermöglicht. Außerdem gestattet das Verfahren den Einsatz hoch leistungsfähiger Axialgasverdichter, wobei der Kompressor- oder Verdichterausstoß bei Teillastbetrieb zur Verhinderung von Druckstößen nicht abgelüftet zu werden braucht. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht
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darin, daß bei Durchsatz des Luftüberschusses durch den Regenerator eine verbesserte Luftverteilung im dichtphasigen Regeneratorbett erzielt wird.
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Leerseite

Claims (8)

2324955 Patentansprüche :
1. Verfahren zum Regenerieren von erschöpftem Katalysator aus einem katalytischen Fließbett-Crackverfahren, bei dem der erschöpfte Katalysator in einer Regenerationszone unter erhöhten Drücken und Temperaturen mit einem oxidierenden Regenerationsgas in Berührung gebracht und auf dem erschöpften Katalysator abgelagertes kohlenstoffhaltiges Material verbrannt wird, wobei heiße Regenerationsgase und regenerierter Katalysator erhalten werden, welche nach Trennung ein heißes Abgas ergeben, das heiße Abgas in der Turbine einer aus Expanderturbine und Axialgasverdichter bestehenden Maschinengruppe expandiert und verdichteten Sauerstoff enthaltendes Gas aus dem Verdichter als wenigstens Teil des Regenerationsgases in der Regenerationszone eingesetzt wird, wobei der Abgasausstoß in der Regenerationszone von etwa 50 % bis 100 % der konstruktiv vorgegebenen Nennleistung der Gruppe Expanderturbine und Axialgasverdichter beträgt, dadurch gekennzeichnet , daß
a) der erschöpfte Katalysator in der Regenerationszone unter Bedingungen regeneriert wird, bei denen praktisch sämtliches bei der Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials anfallendes Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid umgewandelt wird,
b) in dem Axialgasverdichter ausreichend viel sauerstoffhaltiges Gas zur Vermeidung des Entstehens von Druckstößen in dem Axialgasverdichter verdichtet und
c) praktisch sämtliches verdichtetes Gas aus dem Axialgasverdichter als Regenerationsgas in die Regenerationszone eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch'1, dadurch gekennzeichnet, daß als oxidierendes Regenerationsgas Luft eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als sauerstoffhaltiges Gas Luft eingesetzt wird.
909882/0794
- 2924S65
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierung des erschöpften Katalysators bei einer im Bereich von etwa 590 0C bis etwa 81ö 0C betragenden Temperatur erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierung des erschöpften Katalysators in Anwesenheit eines SauerstoffÜberschusses erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem bei der Expansion des Abgases in der Expanderturbine gewonnenen Lexstungsüberschuß Elektrizität erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsbedarf zum Verdichten von Luft im Axialgasverdichter, welcher die durch in der Expanderturbine expandierendes Abgas gewonnene Leistung übersteigt, durch einen mit der Maschinengruppe aus Expanderturbine und Axialgasverdichter gekoppelten Hilfsantrieb geliefert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine ausreichende Menge sauerstoffhaltiges Gas verdichtet wird, um den Ausstoß an verdichtetem Gas um wenigstens 10 % über der Druckstoßlinie des Verdichters zu halten.
HHF
909882/0794
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