DE3227977A1

DE3227977A1 - Vielzonenverfahren und -reaktor zum cracken von schweren kohlenwasserstoffbeschickungen

Info

Publication number: DE3227977A1
Application number: DE19823227977
Authority: DE
Inventors: Michael 08884 Spotswood N.J. Calderon; John David 07739 Little Silver N.J. Milligan; Marvin S. 08816 East Brunnswick N.J. Rakow
Original assignee: Hydrocarbon Research Inc 08648 Lawrenceville NJ; Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: HRI Inc
Priority date: 1981-08-06
Filing date: 1982-07-27
Publication date: 1983-02-24
Also published as: GB2103103A; JPS5834890A; MX162180A; FR2511026A1; CA1214422A; NL8203071A; GB2103103B; ZA825691B; BE894032A

Description

-X-

Viel zonenverfahren und -reaktor zum Cracken von schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Vielzonenfließbett-Crackungsverfahren zur Umwandlung von schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen in leichtere Kohlenwasserstoffflüssigkeiten und Brennstoffgase. Sie betrifft insbesondere in Umwandlungsverfahren und eine Vorrichtung unter Verwendung vieler Zonen eines Fließbetts eines teilchenförmigen Trägermaterials, um das Cracken der Beschickung in der oberen Zone und die Vergasung der Teere und von Koks, der sich auf und innerhalb des Trägers niedergeschlagen hat, in einer unteren feuerbeständig ausgekleideten Vergasungszone zu erleichtern.

Beträchtliche Arbeit ist schon verwendet worden auf die vielstufige Vergasung von Schwerölbeschickungen in Fließbetten, wobei einige Verfahren ein teilchenförmiges Trägermaterial zum Niederschlag des Kohlenstoffs verwenden und auf die vielstufige Vergasung von Kohle. Einige typische diesbezügliche Patente sind die US-PS 2 861 943 (Finneran) und die US-PS 2 885 343 (Woebcke), welche die Verwendung eines zirkulierenden teilchenförmigen Trägers zum Koksniederschlag aus rohem und rückständigem Ölaufgabegut beschreiben. Auch die US-PS 2 875 150 (Schuman) und die US-PS 3 202 603 (Keith) offenbaren ein Vielbett-Hydrovergasungsverfahren für rückständige Öle und Teerbeschickungen, wobei ein teilchenförmiges Trägermaterial

zum.Hydrocracken der Schwerölbeschickung zur Herstellung von gasförmigen und flüssigen Fraktionen verwendet wird. Aber keine Angaben sind hinsichtlich der wichtigen Pro- ^eßstufen und Konstruktionsmerkmale gemacht, die für ein Vielzonenreaktorgefäßt von kommerziellem Maßstab erforderlich sind.

Somit lag ein offener Bedarf vor nach einem praktischen Umwandlungs- und Vergasungsverfahren für Schwerkohlenwasserstoffbeschickungen, wie z. B. Rückstandsöle, zur Herstellung von destillierbaren Flüssigkeiten und Brennstoff gasen, und das auch wirksam Teere und Koks, die von

der Beschickung innerhalb desselben Reaktorgefäßes hervergasen

stammen,/und zur Erzeugung von sauberen Brennstoffgasen und flüssigen Produkten und zur Vorsehung einer Reaktorkonstruktion, die für die Betriebsweisen in kommerziellem Maßstab geeignet sein würden.

Die vorliegende Erfindung stellt bereit ein Vielzonenreaktionsverfahren und eine Vorrichtung zum Cracken und zur Umwandlung von Schwerkohlenwasserstoffbeschickungen, wie z. B. Rohöl und Rückstandsaufgabegüter und Gemischen von solchen Ölen mit Kohle, um leichtere, niedriger siedende, flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffprodukte herzustellen. Die Erfindung verwendet ein Vielzonenreaktionsgefäß mit einer oberen Crackungs- oder Umwandlungszone und einer unteren Vergasungs- oder Verbrennungszone, die durch eine dazwischenliegende Strippenzone getrennt ist, welche ein teilchenförmiges Packungsmaterial mit einem ausreichenden Hohlraumanteil aufweist, um ein Nachuntenpassieren des teilchenförmigen Trägermaterials zu erlauben. Die obere und untere Zone und ebenso die Strippenzone enthalten ein Bett aus einem teilchenförmigen Trägermaterial, welches kontinuierlich durch die drei Zonen zirkuliert wird.

Wegen der hohen Temperaturen, die in der Vergasungs- und Strippenzonen erforderlich sind, wie z. B. 760 bis 1100⁰C (1400 bis 2000⁰F), sind diese Zonen vollständig mit feuerbeständige Materialien ausgekleidet, um die Temperatur der Metallwandungen auf sichere Niveaus zu begrenzen, und vermeiden somit einen unerwünschten Festigkeitsverlust und verhindern auch Korrosion und Erosion des Basismetalls. Die Reaktorkonstruktion ist angepaßt, um die inhärente hohe Temperaturfestigkeit dieser feuerbeständigen Materialien für strukturelle Zwecke in einzigartigen und vorteilhaften Wegen zu verwenden. Das grobe Packungsmaterial, das in der dazwischenliegenden Strippenzone verwendet wird, wird durch einen ringförmig geformten, mit Öffnungen versehenen, feuerbeständigen Rost getragen, welcher vorzugsweise einen bogenförmigen Querschnitt hat. Dieser Rost wird seinerseits an seinen äußeren und inneren zirkulären Ecken durch die feuerbeständigen Auskleidungsstrukturen der ringförmigen unteren Vergasungskammer oder -zone getragen.

Das heiße teilchenförmige Trägermaterial wird von der unteren Vergasungs- oder Verbrennungszone rezirkuliert nach oben zu der oberen Crackungs- oder Umwandlungszone durch eine vertikale Transferleitung. Diese Leitung umfaßt ein Rohr aus einem temperaturbeständigen Metall, welches feuerbeständig ausgekleidet ist, um Erosion durch aufströmende Partikel zu vermeiden. Das Leitungsmetallrohr wird vollständig von der inneren feuerbeständigen Verkleidung oder Säule der ringförmigen Vergasungskammer getragen. Weiter ist das untere Ende der feuerbeständig ausgekleideten zentralen Leitung im Durchmesser reduziert und sieht die feuerbeständig beschichtete Befestigungsfläche für ein Kontrollventil vor, welches die Rezirkulationsgeschwindigkeit der teilchenförmigen Trägerfeststoffe von der unteren Vergasungs-

/2/

zone oder -kammer nach oben zu der Crackungs- oder Umwandlungszone kontrolliert. Auch hat das Kontrollventil einen Stopfen, der feuerbeständig beschichtet ist, um einen Erosionsschutz und eine lange Lebensdauer vorzusehen. Die Rezirkulation der teilchenförmigen Feststoffe wird durch ein Transportgas erleichtert, welches aufwärts geleitet wird durch die Ventilstopfeneinrichtung (valve plug assembly) zu einem Punkt oberhalb des Ventilsitzes. Auch wird der Ventilstopfen wirksam gekühlt durch den nach oben strömenden Gasstrom, welcher vorzugsweise Dampf oder ein Prozeßgasstrom ist mit einer Temperatur von höchstens etwa 400⁰C (750⁰F).

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die gesamte Vielstufen-Reaktor konf igurat ion, der die interen Details des Reaktorzusammenbaus einschließlich der Trä

ger- und Stützdetails für die feuerbeständige Verkleidung und den Rost zeigt,

Fig. 2 eine isometrische Ansicht zweier typischer Sektoren der ringförmigen, mit Öffnungen versehe

nen, feuerbeständigen Roststruktur,

Fig. 3 einen Querschnitt, der die Konfiguration der Feststoffe-Rezirkulationskontrollventileinrichtung und der Leitung zeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Beschickungsstrom aus einem schweren Petroleumroh- oder -rückstandsöl bei 10, z. B. wie erhalten aus früheren Destillationsstufen, bei 12 unter Druck gesetzt und bei 13 wie gewünscht vorer-

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hitzt, ζ. B. auf eine Temperatur von 120 bis 320⁰C (250 bis 600⁰F). Der vorerhitzte Strom wird durch eine geeignete Sprinklervorrichtung 14a in die obere primäre Crackzone 14 eines Vielzonenreaktors 16 eingeführt. Die Zone 14 enthält ein Fließbett 15 eines teilchenförmigen festen Trägermaterials 17, welches bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 480 bis 760°C (900 bis 1400°F) gehalten wird, so daß das schwere Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial darin weiter erhitzt und thermisch gecrackt wird. Der Reaktordruck wird gewöhnlich innerhalb des Bereichs von 14 bis 54 bar (200 bis 800 psig) aufrechterhalten, obwohl auch höhere Drücke verwendet werden können. Das Bett 15 wird durch aufströmende reduzierende Gase, die in einer unteren Zone produziert worden sind, fluidisiert. Etwas Koks, der in der Crackreaktion erzeugt wird, wird auf und innerhalb des Trägermaterial & 17 niedergeschlagen. Das erhaltene Prcduktqas zusammen mit feinen Partikeln des Trägermaterials werden nach oben durch den Zyklonseparator 30 geleitet, und das Gas tritt aus dem Reaktor aus.

Der größte Teil des teilchenförmigen Trägermaterials in Zone 14, das gewöhnlich 3 bis 25 Gew.-% Koksniederschläge und schwere flüssige Kohlenwasserstoffe enthält, steigt ab durch die benachbarte, dazwischenliegende, gepackte Strippenzone 18, wo einige Flüssigkeiten von den Partikeln durch aufströmende Gase gestrippt werden. Die gestrippten trockenen Feststoffe steigen dann auf die untere Vergasungszone 20 ab, die das Fließbett 21 enthält, das auf einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 930 bis 1090⁰C (1700 bis 2000⁰F) gehalten wird. Hier werden Kohle und Koks, die auf dem und innerhalb des Trägermaterials niedergeschlagen worden sind, in Anwesenheit eines sauerstoffhaltigen Gases vergast, und Dampf wird in das Bett 21 bei der Düse 22 durch den Verteiler 2 3 einge-

It

führt. Einige Teere, die sich auf dem oberen Fließbett 15 gebildet und auf dem und innerhalb des Trägermaterials 17 niedergeschlagen haben, können in das untere Bett 21 befördert werden, wo die Teere vergast und von dem Träger entfernt werden. Einige Teere können ein sekundäres Cracken in leichtere flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe in der Strippenzone eingehen.

Die Auswahl eines geeigneten teilchenförmigen Trägermaterials 17 hinsichtlich seiner absorptiven Charakteristika und seiner Porenverteilung ist dergestalt, daß im wesentlichen alle Teere, Kohle und Koks gesammelt werden von den gecrackten Produkten, die in der oberen Zone 14 und dem Bett 15 evolviert werden. Nach Vergasung der Teere, Kohle und Koks in dem unteren Fließbett 21 wird das teilchenförmige Trägermaterial 17 zum oberen Bett rezirkuliert mittels eines bei 24 zugeführten Transportgases, wie z. B. Dampf oder ein Produktrezyklisierungsgas, und geleitet durch die vertikale Transferleitung 28 und die Kontrollventileinrichtung 50.

Die untere Vergasungszone 20 ist ringförmig ausgestaltet und ist mit einem feuerbeständigen Material verkleidet, das auf seiner äußeren Wandung 25, in dem unteren Kopf 16b und der inneren Wandung 26 vorgesehen ist, wie z. B. Greencast Nr. 94 von der A.P. Green Co. Die innere feuerbeständige Wanndung 26 ist zylindrisch geformt ausgestaltet und wird vorzugsweise getragen von der Verkleidung 16b aus feuerbeständigem Material, die in dem unteren Reaktorkopf vorgesehen ist.

Eine Vielzahl von Öffnungen 27 wird in dem unteren Ende der inneren feuerbeständigen Wandung 26 vorgesehen zum Durchgang der festen Trägerpartikel 17 aus der Vergasungskammer 20 zu dem unteren Ende der Transferleitung 28. Die-

se Öffnungen 27 sind vorzugsweise mit ringförmigen Abstandstücken 27a versehen, die aus einem harten feuerbeständigen Material bestehen, welches widerstandsfähiger ist gegen Abrasion und Erosion durch die fließenden Feststoffpartikel 17 als die feuerbeständige Struktur 26b. Alternativ kann die Vielzahl an Durchlässen 27 in dem festen feuerbeständigen Material in dem unteren Kopf 16b vorgesehen werden. Jedenfalls ist es wesentlich, daß der Einlaß zu den Durchgängen 27 an einem Punkt unterhalb des Verteilers 23 zum Einführen des sauerstoffhaltigen Gases in das Fließbett 20 vorgesehen wird, um zu verhindern, daß irgendwelches sauerstoffhaltiges Gas in die vertikale Leitung 28, welche vorzugsweise zentral in dem Reaktor angeordnet ist, geschickt wird.

Die Strömungskontrolle des teilchenförmigen Trägermaterials 17, das in die Transferleitung 28 an seinem Bodenende strömt, wird durch die Kontrollventileinrichtung 50 vorgesehen. Das Trägermaterial wird suspendiert und zum oberen Bett 14 hochgehoben durch das bei der Verbindung 2 4 zugeführte Transportgas. Das obere Ende der Leitung 28 endet innerhalb des Fließbetts 14. Etwas Trägermaterial kann durch das auströmende Gas von der Zone 14 in das interne Zyklonseparatorsystem 30 getragen werden, welches dafür sorgt, den Großteil des teilchenförmigen Trägermaterials zurückzuhalten und in die Crackzone 14 zurückzuführen. Zusatzträgermaterial kann dem Reaktor nach Bedarf zugeführt werden, gewöhnlich durch ein Druckabsperrtrichtersystem 31. Verbrauchtes Trägermaterial kann gleichzeitig bei der Leitung 32 abgezogen werden.

Die dazwischenliegende Strippenzone 18 enthält ein grobes festes Packungsmaterial 19 mit einer Größe von wenig stens etwa dem 10-fachen des teilchenförmigen Trägermate

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rials und sieht genügend Hohlraumanteil vor, um das Nachuntenpassieren der teilchenförmigen Feststoffe zu erlauben. Das Packungsmaterial 19 kann auch keramische Raschig-Ringe, Sättel oder ähnliche Materialien und Formen umfassen, Diese Packung 19 wird von einer ringförmigen, mit Löchern versehenen Roststruktur 34 getragen. Um den Druckabfall entlang der dazwischenliegenden Strippensektion 18 zu begrenzen und um das Nachuntenströmen der teilchenförmigen Feststoffe 17 dadurch zu erleichtern, kann das Packungsmaterial 19 eine relativ grobe Größe haben, wie z. B. einen effektiven Durchmesser von 1,3 bis 5,0 cm (0,5 bis 2,0 inch). Die Öffnungen 34a, die in dem Rost 34 für gasförmige und feste Ströme vorgesehen sind, werden in der Größe so gehalten, daß irgendwelches Nachuntenströmen von Packungsmaterial 19 verhindert wird, und können ebenso relativ groß gemacht werden und haben verschiedene Formen, wie z. B. runde, quadratische oder längliche, wie in der Fig. 2 gezeigt.

In Abhängigkeit von dem eingesetzten Aufgabegut, z. B. ein Schweröl oder eine Ölkohleaufschlämmung, verlassen gasförmige und flüssige Produkte zusammen mit der geringeren Menge an Kleinpartikeln von nichtumgewandeltem Koks und eine größere Menge Asche von kleiner Partikelgröße den Reaktor als Strom 37 und werden in ein externes Zyklonfeststoffe-Separationssystem 38 geschickt. Diese Separationsstufe entfernt irgendwelchen verbleibenden Koks und Aschenpartikel aus dem Produktgasstrom als ein zu verwerfender Strom 39. Der resultierende, den Zyklon verlassende Strom 40 wird dann gewöhnlich bei 41 abgeschreckt, z. B. durch einen Öl strom, oder auf eine andere Weise abgekühlt, um seine Temperatur zu vermindern und weitere unerwünschte Reaktionen zu begrenzen oder zu verhindern. Die gekühlten Gase und Flüssigkeiten werden dann abgetrennt unter Verwendung üblicher Abtrennungsmit-

-jail·

tel bei 44 und ergeben einen Produktgasstrom 45, einen leichten Flüssigkeitsstrom 46 und eine schwere flüssige Fraktion 47. Gegebenenfalls kann ein Teil 48 der schweren Fraktion zu der Crackzone 14 zur weiteren Reaktion rezyklisiert werden.

Mit weiterem Betreff auf den ringförmigen, mit Öffnungen versehenen Rost 34, welche die grobe Packung 19 in der Strippsektion 18 trägt, ist er>aus einem starken feuerbeständigen Material gemacht, das Temperaturen bis zu etwa 1100⁰C (2000⁰F) standhält, wie z. B. Cerox 600 von C-E Refractories Inc. Der Rost hat einen bogenförmigen Querschnitt in der Weise, daß er dicht bleibt und unter Druck, um jeglichen Verlust an Packung 19 von oberhalb zu verhindern, sogar wenn sich ein Bruch in dem Rost entwickeln sollte. Der Rost ist aus einer Vielzahl von Sektoren 35 zusammengesetzt, von denen zwei typische in der Fig. 2 gezeigt sind. Die Verwendung solcher radialer Sektoren erlaubt es, den Rost durch eine Mannlochöffnung, ζ. Β.

wie das Mannloch 33, an der Spitze des Reaktors zu installieren. Diese Sektoren 35 ruhen auf äußerer und innerer zirkularer Schulteroberfläche 25a bzw. 26a in der feuerbeständigen Verkleidung 25 und der Wandung 26. Die Sektoren 3 5 werden an ihrem Platz gehalten hauptsächlich durch das Gewicht der groben Packung 19, die sich unmittelbar oberhalb befindet und für die sie den Träger abgeben. Die Öffnungen 34a sind in der Größe so, daß das Packungsmaterial 19 am Durchpassieren gehindert wird, und können irgendeine Form haben, wie z. B. ringförmig, quadratisch oder länglich. Gegebenenfalls kann die obere Oberfläche der Rostsektoren 35 mit Vertiefungen versehen sein in einer Weise, um Stücke des Packungsmaterials 19 an Verstopfen der Rostöffnungen 34a zu hindern.

Gefolgt auf die Verbrennung in der unteren Vergasungszone

is

20 des auf dem teilchenförmigen Trägermaterial 17 niedergeschlagenen Kokses werden die heißen entkoksten Trägerfeststoffe radial nach innen durch die Öffnungen 27 und das Kontrollventil 50 geschickt und werden dadurch transferiert von der Vergasungszone 20 durch die Aufzugsleitung 2 8 durch Verwendung des bei 24 zugeführten Transportgases. Diese Leitung 28 ist vorzugsweise zentral in dem Reaktor 16 angeordnet, und umfaßt ein druckdichtes, hitzebeständiges Metallrohr 29, welches eine hitzebeständige Verkleidung 29a hat, welches eine Metallerosion durch die aufströmenden teilchenförmigen Trägerfeststoffe 17 verhindert. Ein geeignetes hitzebeständiges Verkleidungsmaterial ist RESCO Cast Nr. AA-22 von der RESCO Products Inc., welches in dem Rohr 29 plaziert wird. Die Aufzugsleitungseinrichtung 28 ist fest verbunden mit und getragen von dem oberen Ende der inneren feuerbeständigen Verkleidung oder Säule 26 und ist vorzugsweise mit der feuerbeständigen Säule 26 bei Punkt 28a verbunden, z. B. durch Bolzen 28b, welche in die hitzebeständige Wandung 26 eingegossen werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht der Kontrollventileinrichtung 50, einschließlich des hitzebeständig beschichteten Ventilsitzes 51 und des gekühlten Stopfens 54, der die Rezyklisierung der heißen, entkoksten, teilchenförmigen Feststoffe 17 von der unteren Verbrennungszone 20 in die obere Crackzone 14 kontrolliert. Die zentrale Leitung 28 ist an ihrem unteren Ende 28b im Durchmesser ausreichend reduziert, um das Ventilsitzglied 51 vorzusehen. Gegebenenfalls kann das Sitzelement 51 vom Leitungsende 28b entfernbar gemacht werden, wie z. B. durch eine mit einem Bolzen versehene Flanschverbindung 52, zum Zwecke der Reparatur oder des Ersatzes, wenn erforderlich.

Die Ventilstopfeneinrichtung 54 umfaßt das Metallrohr 55, welches einen Erweiterungsteil 56 aufweist, der zwischen

den Rohrenden angeordnet ist und als die Ventilstopfenstruktur dient, die zum Sitzglied 51 paßt. Der obere Teil des Rohrs 55 und der Erweiterung 56 sind mit einem feuerbeständigen Material 57 beschichtet. Die Erweiterung 56 enthält ein horizontales Plattenelement 58 und enthält auch eine Vielzahl von Öffnungen 58a in der Platte 58 und öffnungen 55a im Rohr 55, welche dazu dienen, den Aufwärtsstrom des Transportgases durch die Öffnungen zu verteilen, um die Metallteile der Stopfeneinrichtung 54 wirksam zu kühlen. Auch das Rohr 55 und seine feuerbeständige Beschichtung 57 erstrecken sich oberhalb der Sitzfläche 51 über eine Entfernung, die wenigstens dem inneren Durchmesser des Sitzes 51 gleich ist, und vorzugsweise über das 1,5- bis 10-fache dieses Durchmessers.

Das feuerbeständige Material 59 ist auch rund um das Rohr 55 unterhalb der Erweiterung 56 vorgesehen, um eine Rohrerosion durch die Feststoffe 17 zu verhindern, die radial nach innen strömen. Das Gas, das durch das Rohr 55 und seine Ausdehnung 55b aufwärts strömt, erleichtert die Rezirkulation der heißen Trägerfeststoffe 17 nach oben durch den Ventilsitz 51 und die Leitung 28.

Das Transportgas, das zur Suspendierung und Transferierung der heißen teilchenförmigen Peststoffe 17 nach oben durch die Leitung 28 verwendet wird, wird bei der Öffnung 24 eingeführt und passiert nach oben durch das Rohr 55 mit einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 2 m/sec (6 ft/sec) und vorzugsweise mit 3 bis 13 m/sec (10 bis 40 ft/sec). Dieser Gasstrom dient auch dazu, den Ventilstopfen 54 zu kühlen. Dieses Transport- und Kühlgas ist vorzugsweise ein Prozeßgasstrom, wie z. B. Dampf oder ein rezyklisiertes Produktbrennstoffgas mit einer anfänglichen Temperatur von nicht über etwa 400⁰C (75O⁰F).

Die Abdichtungsstopfbüchse 60 ist um das Rohr 55 vorgese-

Io

hen, um das Transportgas an einer Umgehung des Rohrs zu hindern und um auch ein Eintreten der teilchenförmigen Trägerfeststoffe 17 in den Gasstromdurchgangsweg 62 um das Rohr 55 zu verhindern. Die Abdichtungsstopfbuchse 60 ist mit der feuerbeständigen Platte 64 zum Erosionsschutz bedeckt. Die Ventilstopfeneinrichtung 54 wird je nach Bedarf axial bewegt unter Verwendung eines geeigneten Stellantriebs (nicht gezeigt), um den Aufwärtsstrom der teilchenförmigen Feststoffe 17 zu kontrollieren durch die Stellantriebsstange 66, die mit dem Rohr 55 durch die radiale Bremse 67 verbunden ist und die druckgedichtet ist durch die untere Dichtungsstopfbuchse 68. Die gesamte Kontrollventileinrichtung 54 ist von dem unteren Ende der zentralen Leitung 28 und dem Ventilsitz 51 entfernbar durch Lösen des mit Bolzen versehenen Flansches 70 und Entfernen der Einrichtung nach unten zur Inspektion oder Reparatur.

Während des Anfahrens des Vielzonenreaktors 16 von kalten oder Umgebungsbedingungen wird die zentrale Leitung 28 erhitzt und expandiert sich nach unten. Die Stopfeneinrich tung 54 wird ebenso durch die Stellgliedeinrichtung (nicht gezeigt) zurückgezogen, um eine übermäßige zusammendrücken de Kraft, die sich zwischen dem Ventilstopfen 54 und der Sitzoberfläche 51 entwickelt, zu vermeiden. Das bei 24 zugeführte Transportgas fließt nach oben durch das Rohr 55, um die Rezirkulation der teilchenförmigen Trägerfeststoffe 17 von der unteren Vergasungszone 20 zu der oberen Crackzone 14 zu erleichtern.
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Leerseite

Claims

Dr. Ing. E. Ljebau Patentanwalt (1935-1975)

PATENTANWÄLTE

LIEBAU & LIEBAU

Picket istrasse 39 D-89X Augsburg 22

Dipl. Ing. G. Liebau Patentanwalt

Patentanwälte Liebau HJebiu · Birkenatrassa 39 ■ 0-8900 Augsburg 22

Telefon (0821) 96096 · cables: elpatent augsburg

Ihr Zeichen: your/votre ref.

Datum: date

^H 116U A/ho

2o.7.1982

HYDROCARBON RESEARCH, INC.

134 Franklin Corner Road

Lawrenceville, New Jersey 08648, V.St.A.

Vielzonenverfahren und -reaktor zum Cracken von schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen

Patentansprüche

Verfahren zur Umwandlung eines Schwerkohlenwasserstoff-Aufgabeguts zur Herstellung von leichteren Kohlenwasserstof f flüssigkeiten und von Brennstoffgasen, gekennzeichnet durch

(a) Einführen des Aufgabeguts in eine unter Druck gesetzte, obere Fließbettcrackzone, die auf einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 480 bis 760⁰C (900 bis 1400⁰F) gehalten wird und wobei die Zone ein Fließbett eines teilchenförmigen Trägermaterials, das durch aufströmende reduzierende, hindurchstreichende Gase fluidisiert ist, enthält,

(b) Schicken des die Koksablagerungen enthaltenden Trägermaterials nach unten durch eine zwischengeschaltete Strippenzone in eine untere Fließbettvergasungszone, um die Koksablagerungen auf dem Trägermaterial darin zu vergasen,

(c) Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases und Dampf in die untere Vergasungszone zur Reaktion mit dem Koks, der auf und innerhalb des Trägermaterials abgelagert ist und um eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 930 bis 1090^uC (1700 bis 2000⁰F) aufrechtzuerhalten zur Koksvergasung und zur Herstellung der reduzie renden Gase,

(d) Leiten der reduzierenden Gase nach oben nacheinander durch die Strippenzone und durch das Fließbett in die obere Crackzone, um das Bett zu fluidisieren,

(e) Schicken des erhaltenen, heißen, vom Koks befreiten, teilchenförmigen Trägermaterials von der unteren Vergasungszone radial nach innen durch Durchgangswege zum unteren Ende einer vertikalen Durchgangsleitung bei einem Punkt unterhalb des Einspritzpunkts für das Sauerstoffhaltige Gas und Rezyklisieren der Feststoffe nach oben durch ein Kontrollventil und die Leitung in die obere Crackzone bei einer kontrollierten Geschwindigkeit unter Verwendung eines Transportgasflusses in dieser Leitung bei einer genügend hohen Geschwindigkeit, um diese Feststoffe zu tragen,

(f) Abtrennen der erhaltenen Produktgase von dem teilchenförmigen Material oberhalb der oberen Crackzone und Zurückführen des abgetrennten teilchenförmigen Materials in die Reaktionszone zum weiteren Gebrauch und

(g) Abziehen von ausströmenden Gasen und von destillierbaren Flüssigkeitsprodukten von der oberen Crackzone.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet , daß das Rezyklisieren der vom Koks befreiten, teilchenförmigen Trägerfeststoffe zu der oberen Crackzone kontrolliert wird durch Leiten des Transportgases nach oben durch den hohlen Stopfenteil einer Kontrollventilanordnung und in die Transferleitung, und wobei die Geschwindigkeit des nach oben strömenden Gases in der Leitung wenigstens etwa 2 m/sec ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, daß das Transportgas bereitgestellt wird bei einer Temperatur von höchstens etwa 400⁰C (750⁰F) und daß der Kontrollventilstopfenteil intern gekühlt wird durch Durchleiten des Transportgases nach oben durch diesen Stopfen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch σ e -

und der teilchenförmige Stoff kennzeichnet , daß die Produktgase/außerhalb der Reaktionszone getrennt werden, wobei der teilchenförmige Stoff zum Reaktionsgefäß rezirkuliert wird und wobei der /abgehende Strom gekühlt wird und in eine Fraktionierungsstufe geleitet wird zur Wiedergewinnung des Gases und der destillierbaren Flüssigkeitsprodukte.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch y e -

kennzeichnet, daß das Aufgabegut Kohleparti-

das Verfahren
kel einschließt und/zusatzlieh die Stufe einschließt, teilchenförmige Asche aus dem unteren Teil der Vergasungszone abzuziehen.
6. Verfahren zur Umwandlung eines schweren Kohlenwasserstoff-Aufgabeguts zur Herstellung leichterer Kohlenwasserstoff flüssigkeiten und von Brennstoffgasen, bei dem das Aufgabegut in eine obere Fließbettcrackzone, die auf einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 480 bis 760⁰C (900 bis 1400⁰F) gehalten wird, und daß Koks

auf und innerhalb eines teilchenförmigen Trägermaterials, das nach unten durch eine gepackte Strippenzone geschickt wird, abgelagert wird und worin ein sauerstoffhaltiges Gas und Dampf eingespritzt werden in eine untere Fließbettvergasungszone, um auf und innerhalb eines teilchenförmigen Trägermaterials niedergeschlagenen Koks zu vergasen und um ein reduzierendes Gas herzustellen, welches nach oben zur Fluidisierung der Reaktorzonen strömt, wobei die Verbesserung umfaßt das Kontrollieren der Rezirkulierungsgeschwindigkeit der teilchenförmigen Feststoffe, die von der unteren Vergasungszone zu der oberen Crackzone fließen durch Schicken eines Transportgases nach oben durch einen Kontrollventilhohlstopfen zu einem Punkt oberhalb der Ventilsitzoberfläche.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die zusätzliche Stufe des Kühlens des Feststoff-Rezirkulierungskontrollventil stopfens durch Schicken des Transportgases bei einer Temperatur von höchstens etwa 400⁰C (750⁰F) nach oben durch die Durchgänge in dem Ventilstopfen.
8. Vielzonenreaktor zum Cracken und zur Umwandlung eines schweren Kohlenwasserstoff-Aufgabeguts zur Herstellung leichterer flüssiger und gasförmiger Produkte, gekennzeichnet durch

(a) ein unter Druck setzbares Metallreaktorgefäß,

(b) eine Umwandlungszone, die am oberen Ende des Reaktors angeordnet ist, zur Vorsehung einer Fließbettreaktionszone,

(c) Mittel zur Einführung einer Kohlenwasserstoffflüssigkeitsbeschickung in diese Umwandlungszone,

(d) eine ringförmige Vergasungskammer, die in dem unteren Ende des Reaktors angeordnet ist, zur Aufnahme einer Fließbettvergasungsreaktion,

— ή ~

(e) eine Leitung zur Einführung eines sauerstoffhaltigen Gases und von Dampf in die untere Vergasungsreaktionszone,

(f) eine Strippenzone, die zwischengeschaltet der oberen Umwandlungszone und der unteren Vergasungszone angeordnet ist, wobei die Strippenzone eine in der Größe grobes, teilchenförmiges Packungsmaterial enthält,

(g) äußere feuerfeste Verkleidungsmittel, die innerhalb
der ringförmig geformten unteren Vergasungszone vorgesehen sind und wobei diese feuerfeste Verkleidung
angepaßt ist, um eine differentielle thermische Ausdehnung zwischen der Verkleidung und der äußeren GefäßmetalIwandung zu erlauben,
(h) eine innere, zylindrisch geformte, feuerbeständige

Wandung, die von der äußeren feuerbeständigen Verkleidung getragen ist,

(i) Leitungen zum Zirkulieren eines teilchenförmigen Trägermaterials von der unteren Vergasungszone nach oben zu der oberen Umwandlungszone, wobei die Leitung mit einem feuerbeständigen Futter ausgekleidet ist und
von der inneren feuerbeständigen Wandung getragen
wird,

(j) Mittel zum Einführen eines Transportgases in das untere Ende der Leitung, und

(k) Mittel zum Entfernen des erhaltenen Produktgases aus dem oberen Teil des Reaktorgefäßes.
9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das grobe Packungsmaterial in der dazwischenliegenden Strippenzone getragen wird

von einem mit Öffnungen versehenen, ringförmig geformten Rost gemacht aus einem feuerbeständigen Material und örtlich angeordnet an dem oberen Ende der Vergasungsreaktionsz one.
10. Reaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Rost bogenförmig geformt ist und eine Vielzahl von radialen Sektoren umfaßt, die jeder durch die feuerbeständige Verkleidung der ringförmig geformten unteren Vergasungszone getragen werden, wobei die Sektoren von dem Reaktorgefäß entfernt werden können.
11. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch g e kennzeichnet, daß jede Reaktionszone ein teilchenförmiges Trägermaterial enthält, welches fluidisiert ist und rezirkuliert wird von der oberen Umwandlungszone nach unten durch die Strippenzone zu der unteren Vergasungszone, dann zurückgeführt wird nach oben durch ein Kontrollventil und eine zentrale, feuerfest ausgekleidete Leitung zu der oberen Reaktionszone.
12. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine feuerfest ausgekleidete Phasenseparationseinrichtung oberhalb der Umwandlungszone vorgesehen ist, um das teilchenförmige Trägermaterial zu entfernen und es in das Reaktorgefäß zurückzuführen.
13. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das rezirkulierte teilchenförmige Trägermaterial nach oben geschickt wird durch ein feuerfest ausgekleidetes Kontrollventil, das an dem unteren Ende der zentralen Leitung angeordnet ist.
14. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungsfläche des Kontrollventils durch das untere Ende der zentralen Leitung gebildet wird und daß dieses untere Ende auf beiden der inneren und äußeren Seite feuerbeständig beschichtet ist.
15. Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Ventilbefestigungsfläche entfernbar von der zentralen Leitung gestaltet ist.
16. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Stopfen des Feststoffkontrollventils mit einem feuerbeständigen Material beschichtet ist und interne Stromdurchlässe hat, um den Stopfen durch das nach oben strömende Transportgas zu kühlen.
17. Reaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß sich die feuerbeständige Beschichtung des Stopfens bzw. Stöpsels oberhalb der Oberfläche des Stopfens erstreckt bis zu einer Entfernung von wenigstens gleich dem inneren Durchmesser der Ventilbefestigungsfläche .
18. Vielzonenreaktor zum Cracken und Umwandeln eines Schwerkohlenwasserstoff-Aufgabeguts zur Herstellung leichter flüssiger und gasförmiger Produkte, gekennzeichnet durch

(a) ein unter Druck setzbares Reaktorgefäß aus Metall, (b) eine Umwandlungszone, die in dem oberen Ende des Reaktors angeordnet ist und ein teilchenförmiges Trägermaterial zum Vorsehen einer Fließbettreaktion enthält;

(c) Mittel zum Einführen einer flüssigen Kohlenwasser-Stoffbeschickung in diese Umwandlungszone,

(d) eine ringförmige Vergasungskammer,die in dem unteren Ende des Reaktos angeordnet ist und ein teilchenförmiges Trägermaterial zum Vorsehen einer Fließbettvergasungsreaktion enthält,

(e) Leitungen zum Einführen eines sauerstoffhaitigen Gases

und Dampf in diese untere Vergasungsreaktionszone, (f) eine Strippenzone, die zwischen der oberen Umwandlungszone und der unteren Vergasungszone angeordnet ist, wobei die Strippenzone ein teilchenförmigen Packungsmaterial von grober Größe enthält, welches von einem mit Öffnungen versehenen, ringförmig geformten Rost aus einem feuerfesten Material und angeordnet am oberen Ende der Vergasungsreaktionszone getragen wird,
(g) äußere feuerbeständige Verkleidungsmittel innerhalb der ringförmig geformten, unteren Vergasungsreaktionszone, in der die feuerbeständige Verkleidung angepaßt ist, um eine differentielle thermische Expansion zwischen der Verkleidung und der äußeren Wandung des Metallgefäßes zu erlauben,

(h) eine innere, zylindrisch geformte, feuerbeständige Wandung, die von der äußeren feuerbeständigen Verkleidung getragen wird,

(i) Leitungen zum Zirkulieren eines teilchenförmigen Trägermaterials von der unteren Vergasungszone nach oben zu der oberen Umwandlungszone, wobei die Leitung

feuerbeständig verkleidet ist und von der inneren feuerbeständigen Wandung getragen wird und ein Kontrollventil hat, das an dem unteren Ende der Leitung angeordnet ist,

(j) Mittel zum Einführen eines Transportgases in das untere Ende dieser Leitung und
(k) Mittel zum Entfernen des erhaltenen Produktgases aus

dem oberen Teil des Reaktorgefäßes. 30