-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Kontrolle der Temperatur während der Regeneration bei einem
Verfahren zur Umwandlung durch katalytisches Cracken im
Wirbelbett. Insbesondere betrifft sie einen verbesserten Regenerator
und ein Verfahren zur Abführung von Wärme aus einem Bett von
festen Katalysatorteilchen, die in dem Regenerator einer Anlage
zum katalytischen Cracken im Wirbelbett durch Verbrennung von
kohlenstoffhaltigen Ablagerungen auf dem Katalysator mit einem
Sauerstoff enthaltenden Gas regeneriert werden.
-
Bei den meisten Anlagen zum katalytischen Cracken im Wirbelbett
ist es notwendig, Wärme mit einer kontrollierbaren Rate aus dem
Regenerator zu entfernen, wenn verbrauchter Katalysator durch
Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Material mit einem
Sauerstoff enthaltenden Gas wie Luft regeneriert wird, um
Crackgleichgewichtsbedingungen aufrechtzuerhalten, da die dem
Katalysator vermittelte exotherme Regenerationswärme auf das dem
Crackreaktor zugeführte, frische Öleinsatzmaterial übertragen
wird. Es ist auch notwendig, Wärme kontinuierlich zu entfernen,
um übermäßige Regenerationstemperaturniveaus zu vermeiden, die
dazu neigen würden, den Katalysator durch Oberflächenreduktion
zu sintern oder zu deaktivieren. Wenn schwere,
kohlenwasserstoffartige Einsatzmaterialien wie atmosphärische Rückstände,
Vakuumrückstände und schwere Rohöle katalytisch gecrackt werden,
lagert sich eine größere Menge Kohlenstoff auf den
Katalysatorteilchen ab, als beim Cracken von Einsatzmaterialien wie Gasöl.
Wenn der verbrauchte Katalysator aus der katalytischen Crackung
von solchen Schwerkohlenwasserstoffeinsatzmaterialien durch
Verbrennung mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas in einem
Regenerationskessel regeneriert wird, ist das Problem der
Wärmeabführung weiter erschwert, da in den Regenerator mehr Wärme
abgegeben wird als bei dem Verfahren verwendet kann.
-
Verschiedene Verfahren zur Abführung von Wärme aus einem
Regenerator sind vorgeschlagen worden. Die Wärmeabführung ist durch
Entnahme eines Teils des Katalysators aus dem Katalysatorbett in
dem Regenerator und dessen Zirkulierung durch einen
röhrenförmigen Abwärmeboiler, um ihn so zu kühlen, bevor er in das
Katalysatorbett zurückkehrt, erreicht worden. Es ist auch bekannt, in
dem Regenerator Dampfschlangen als Mittel zur Wärmerückgewinnung
und zur Temperaturkontrolle zu verwenden, siehe beispielsweise
US-A-4 009 121. Wenn eine Dampfschlange in dem Bett eines
Regenerators angeordnet wird, kann die durch die Schlange abgeführte
Wärme nicht leicht variiert oder kontrolliert werden. Es ist
jetzt gefunden worden, daß die Wärmeabführung in einem
Katalysatorregenerator durch Verwendung eines verbesserten Regenerators
kontrolliert werden kann.
-
Die US-A-4 578 366 beschreibt und beansprucht ein Verfahren zur
Verbrennung eines auf Wirbelbettkatalysatorteilchen (z.B.
Katalysatorteilchen zum Cracken von Kohlenwasserstoff), die in einem
Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren verwendet worden sind,
vorhandenen verbrennbaren Materials, bei dem:
-
(a) ein erster Strom von Sauerstoff enthaltendem Verbrennungsgas
und die Wirbelbettkatalysatorteilchen in eine
Verbrennungszone eingeführt werden, die bei einer Temperatur gehalten
wird, die ausreicht, das verbrennbare Material zu oxidieren,
und das verbrennbare Material darin oxidiert wird, um heiße
Wirbelbettkatalysatorteilchen herzustellen;
-
(b) die Katalysatorteilchen durch Aufwirbelung von der
Verbrennungszone aufwärts in eine zweite Zone geführt werden, die
oberhalb der Verbrennungszone angeordnet ist, und ein
dichtes Phasenbett von heißen Katalystorteilchen in einem
Teilchensammelabschnitt gesammelt werden, der am Boden der
zweiten Zone angeordnet ist;
-
(c) eine Strom von Katalystorteilchen von dem
Teilchensammelabschnitt abwärts durch Teilchenflußkontrollmittel und eine
senkrecht angeordnete erste Teilchentransferleitung in ein
oberes Ende einer Kühlkammer für zurückgemischte Teilchen
überführt wird;
-
(d) der Strom von Katalysatorteilchen zu einem Bett
zurückgemischter Teilchen mit dichter Phase gemischt wird, das in
einem unteren Teil der Teilchenkühlkammer angeordnet ist;
-
(e) das Wirbelteilchenbett mit dichter Phase, das in der
Teilchenkühlkammer angeordnet ist, auf eine kontrollierte Weise
durch die Aufwärtsführung eines kontrollierten Flusses eines
zweiten Stromes von Sauerstoff enthaltendem Verbrennungsgas
aufgewirbelt wird;
-
(f) in dem Bett zurückgemischter Wirbelbetteilchen mit dichter
Phasen, das in der Teilchenkühlzone angeordnet ist,
vorhandene Teilchen durch Verwendung eines Wärmetauschers, der
ganz in dem unteren Teil der Teilchenkühlkammer vorhanden
ist, gekühlt werden;
-
(g) der zweite Strom von Verbrennungsgas und Katalysatorteilchen
aus der Kühlkammer durch eine zweite
Teilchentransferleitung, die mit der Kühlkammer an einer Stelle oberhalb des
Wärmetauschers in Verbindung steht, in die Verbrennungszone
geführt wird und
-
(h) der Fluß des zweiten Stroms von Verbrennungsgas und der
Mischung dieses Stroms von Teilchen in das Teilchenbett mit
dichter Phase, das in dem unteren Teil der Kühlkammer
angeordnet ist, verringert oder beendet wird, um dadurch:
-
(i) die Aufwirbelung des Teilchenbetts, das in dem unteren
Teil der Kühlkammer angeordnet ist, und die
Katalysatorkühlung zu verringern oder zu beenden, wie es für
die Durchführung des Verfahrens gewünscht ist, und
dadurch im wesentlichen mindestens einen Teil des
Wärmetauschers
mit einem stehenden Bett von
Katalysatorteilchen zu bedecken, während
-
(ii) der Abwärtsfluß des Stroms von Katalysatorteilchen in
das obere Ende der Kühlkammer und durch die zweite
Teilchentransferleitung in die Verbrennungszone noch
aufrechterhalten wird.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft einen Regenerator, der einen Kessel mit
einer äußeren Wand zur Aufnahme eines Bettes aus
Wirbelbettkatalysator in einer Wirbelbettzone bis zu einem spezifizierten
Niveau (L), Katalysatoreinlaßmittel, Katalysatorauslaßmittel,
Gaseinlaßmittel, Gasauslaßmittel, perforierte Stützmittel für
das Wirbelbett, eine Katalysatorkühlzone, die
Wärmeaustauschmittel wie röhrenförmige Kühlschlangen zur Aufnahme eines
Katalysatorkühlmittels wie H&sub2;O umfaßt, und Mittel umfaßt, die
betätigt werden können, um den Katalysator aus dem Wirbelbett dazu
zu bringen, die Wärmeaustauschmittel in Kontakt mit Ihnen zu
passieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorkühlzone
innerhalb des Regeneratorkessels liegt und an ihrer Basis durch
ein nicht-perforiertes Katalysatorstützmittel und an ihrer Seite
durch eine aufrechte Trennwand, welche sich durch das Innere des
Kessels erstreckt, begrenzt ist, wobei das untere Ende der
Trennwand mit Abstand über dem nicht-perforierten
Katalysatorstützmittel angeordnet ist und das obere Ende der Trennwand
unterhalb des spezifizierten Katalysatorniveaus (L) liegt, ein
Trennblech, das an dem nicht-perforierten Katalysatorstützmittel
außerhalb der Katalysatorkühlzone befestigt ist und sich durch
das Innere des Kessels erstreckt, um mit der Trennwand einen
Raum zu bilden, der als Fließweg für den aus der Kühlzone in das
Wirbelbett zu führenden Katalysator dient, wobei sich das
Trennblech aufwärts bis zu einer Höhe zwischen den Höhen des unteren
und des oberen Endes der Trennwand erstreckt, Mittel zur
Einführung eines ersten aufwirbelnden Gases aus den Gaseinlaßmitteln
in das Wirbelbett, Mittel zur Einführung eines zweiten
aufwirbelnden Gases in die Kühlzone, Mittel zur Einführung eines
dritten aufwirbelnden Gases in den Raum zwischen der Trennwand und
dem Trennblech und Kontrollmittel zur Regulierung der
Zuführungsrate des dritten aufwirbelnden Gases in den Raum zwischen
der Trennwand und dem Trennblech vorhanden sind.
-
Das Katalysatorstützmittel kann eine horizontale Platte mit
einem Durchmesser im Bereich von 4,572 m (15 Fuß) bis 16,764 m
(55 Fuß) sein und das untere Ende der Trennwand kann mit einem
Abstand von 22,62 cm (9 Inch) bis 45,72 cm (18 Inch) über der
horizontalen Platte angeordnet sein.
-
Das Trennblech kann eine Höhe haben, die ausreicht, um die
Trennwand etwa 60,96 cm (2 Fuß) zu überlappen.
-
Der horizontale Abstand zwischen dem Trennblech und der
Trennwand kann 15,24 cm (6 Inch) bis 30,48 cm (12 Inch) betragen.
-
Gemäß einem anderen Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren
zur Abführung von Wärme aus einem Bett von
Wirbelkatalysatorteilchen, die in einem Regenerator einer Anlage zur Umwandlung
durch katalystisches Cracken im Wirbelbett regeneriert werden,
bei dem überschüssige Wärme durch Verbrennung von
kohlenstoffhaltigen Ablagerungen von dem Katalysator mit einem Sauerstoff
enthaltenden Gas freigesetzt wird, wobei der Regenerator ein wie
hier beschriebener Regenerator ist, und bei dem: in einer
Regenerationszone des Regenerators ein Bett von Teilchen mit einer
relativ niedrigeren Dichte als dasjenige in der Kühlzone
aufrechterhalten wird, indem ein zweites aufwirbelndes Gas mit
einer geeigneten Rate in die Kühlzone geführt wird, und die
Katalysatorteilchen dazu gebracht werden, aus der Kühlzone mit
dem dichteren Bett in die Regenerationszone mit dem weniger
dichten Bett zu zirkulieren, indem ein drittes aufwirbendes Gas
in dem Raum zwischen der Trennwand und dem Trennbleck geführt
wird.
-
Das Bett mit der höheren Dichte kann eine Dichte im Bereich von
440,47 bis 640,75 kg/m³ (25 bis 40 pounds per cubic foot)
aufweisen. Das Bett mit der niedrigeren Dichte kann eine Dichte im
Bereich von 240,28 bis 400,47 kg/m³ (15 bis 25 pounds per cubic
foot) aufweisen.
-
Die Regenerationsbedingungen können eine Temperatur im Bereich
von 648,9ºC (1200ºC) bis zu 760ºC (1400ºF) einschließen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Figur 1 ist eine schematisch Skizze einer Vorrichtung als
geschnittener Aufriß, die eine Ausführungsform der
Erfindung illustriert.
-
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht der Vorrichtung von
Figur 1 entlang der Ebene I-I'.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
-
Die bevorzugte Ausführungsform wird anhand der begleitenden
Zeichnungen beschrieben und wird der Einfachheit der
Beschreibung halber auf die Regeneration von verbrauchten
Crackkatalysatoren angewandt, aber es ist klar, daß die Vorrichtung und
das Verfahren gleichermaßen zur Behandlung von anderen
Wirbelbetteilchen anwendbar sind, bei denen in dem Wirbelbett Wärme
erzeugt wird und es gewünscht ist, die in dem Wirbelbett
erzeugte Wärme zu kontrollieren.
-
Figur 1 zeigt einen Regenerator 10, der ein Bett 12 mit einem
Niveau L aus Wirbelkatalysatorteilchen mit kohlenstoffhaltigen
Rückständen darauf enthält, die einer Regeneration unterzogen
werden, indem die kohlenstoffhaltigen Ablagerungen mit einem
Sauerstoff enthaltenden Gas wie Luft durch Leitung 14 eingeführt
werden. Eine ausreichende Menge Sauerstoff enthaltendes Gas wird
in den Regenerator eingeführt, um die Katalysatorteilchen
aufgewirbelt
und bei der gewünschten Dichte zu halten. Verbrauchter
Katalysator wird durch Leitung 16 in das Bett 12 eingeführt und
regenerierter Katalysator wird aus dem Regenerator durch
Leitung 17 entfernt. Bei der Regeneration gebildetes
Verbrennungsgas und mitgerissene Katalysatorteilchen werden durch Zyklone 18
und 20 geführt, wo die mitgerissenen Teilchen entfernt und über
Tropfbeine (diplegs) der Zyklone in das Regenerationsbett
zurückgeführt werden, während die Verbrennungsgase aus dem
Regenerator durch Leitung 22 entfernt werden. Das
Regenerationswirbelbett 12 für die Regeneration von Crackkatalysator wird im
allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 648,9 bis 760ºC (1200 bis
1400ºF) gehalten. Ein Katalysatorstützmittel wie eine Platte 24
wird in dem Bodenbereich des Regenerators 10 angeordnet, um das
Katalysatorbett zu stützen. Die Platte 24 hat Öffnungen oder
Perforationen in mindestens einem Teil davon, um es dem
Sauerstoff enthaltenden Gas zu ermöglichen, in die
Regenerationszone (12) zu gelangen, um mit den verbrauchten
Katalysatorteilchen in Kontakt zu gelangen. An der Platte 24 ist ein
Trennblech 26 angebracht und ragt senkrecht nach oben. Mit Abstand
von diesem Trennblech, z.B. im Abstand im Bereich von 15,24 bis
30,48 cm (6 bis 12 Inch), wenn der Regenerator einen Durchmesser
im Bereich von 4,572 bis 16,764 m (15 bis 55 Fuß) aufweist, wird
eine Trennwand 28 wie eine Platte angeordnet, deren unteres Ende
mit Abstand von der Platte 24, z.B, einem Abstand im Bereich von
22,62 bis 45,72 cm (9 bis 18 Inch) vorliegt, und mit einem
oberen Ende, das unterhalb des beim Ablaufen des Verfahrens
erwarteten oberen Niveaus L des Wirbelbetts endet. Beispielsweise
kann das Trennblech 26 eine Höhe aufweisen, die ausreicht, die
Trennwand 28 um etwa 60,96 cm (2 Fuß) zu überlappen. Der Teil
der Stützmittel, d.h. der Platte 24, der sich von dem
Trennblech 26 horizontal zu der inneren Wand A des Regenerators 10
erstreckt, hat keine Öffnungen. Dieser Teil der
Katalysatorstützmittel kann eine separate Platte sein, die sich entlang der
gleichen horizontalen Achse erstreckt wie die perforierte
Platte 24. Eine röhrenförmige Schlange 30 wird in dem Raum zwischen
der Trennwand 28 und der inneren Wand A in einem
Katalysatorwirbelbett
angeordnet. Der Raum, der durch die Trennwand und die
innere Wand A gebildet wird, wird im folgenden als Kühlzone
bezeichnet. In die Schlange 30 wird durch Leitung 32 Wasser
eingeführt und Wasser und Wasserdampf werden aus der Schlange
durch Leitung 34 entfernt. Durchlüftungsdampf wird durch
Leitung 36 zu einer Auflage 38, die im Boden des Raumes, der durch
die Trennwand 28 und die innere Wand A gebildet wird, angeordnet
ist, geführt, um die Katalysatorteilchen in der Kühlzone
aufgewirbelt zu halten. Der Durchlüftungsdampf wird in einer solchen
Menge eingeführt, daß das Katalysatorteilchenbett in der Zone
zwischen der Trennwand 28 und Wand A eine größere Dichte hat,
als die Dichte des Wirbelbetts von Teilchen in der
Regenerationszone 12. Geeignete Dichten des Katalysatorbetts in der
Kühlzone und des Katalysatorbetts in der Regenerationszone sind
in Tabelle I gezeigt. Ein Teil des Durchlüftungsdampfs aus
Leitung 36 wird durch Leitung 40 zu einem Dampfeinblasrohr 27 in
dem Regenerator 10 geführt, das sich entlang der Länge des
Trennblechs 26 erstreckt. Ein in Leitung 40 angeordnetes
Ventil 42 reguliert den Dampffluß durch das Einblasrohr 27. Wenn
das Ventil 42 geschlossen ist, wird der Katalysator zwischen dem
Trennblech und der Trennwand nicht aufgewirbelt und bildet eine
Abdichtung. Durch die Löcher in der Auflage strömt jedoch
Durchlüftungsdampf und hält den Katalysator um die Schlange 30 herum.
Obwohl die Trennwand sich nicht bis zum oberen Ende des Bettes
erstreckt, fließt kein Katalysator aus der Regenerationszone
zwischen der Trennwand 28 und dem Trennbelch 26 durch
nichtaufgewirbelten Katalysator verschlossen ist. Wenn das Ventil 42
geöffnet ist, fließt Katalysator aus der Kühlzone, der eine
höhere Dichte aufweist als der Katalysator in der
Regenerationszone, von hinter der Trennwand und über das Trennblech in die
Regenerationszone. Dann fließt heißer Katalysator über das obere
Ende der Trennwand in die Kühlzone. Die Zirkulation setzt sich
solange fort, wie das Ventil 22 offen ist, um die gewünschte
Wärmemenge aus der Regenerationszone abzuführen. Figur 2 ist
eine Querschnittsansicht durch den Bereich I-I' der Vorrichtung,
wobei die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Gegenstände die
gleiche Bedeutung haben. Geeignete Betriebsbedingungen für das
erfindungsgemäße Verfahren zur Abführung von Wärme sind in
Tabelle I zusammengefaßt.
Tabelle I
Bedingungen
Weiter Bereich
Spezifisches Beispiel
Dichte des Bettes in der Kühlzone des Regenerators kg m&supmin;³ (lbs./cubic foot)
Dichte des Bettes in der Regenerationszone des Regenerators kg m&supmin;³(lbs./cubic foot)
Regeneratortemperatur, ºC (ºF)
Durchlüftungsdampfrate zur Kühlzone kg/h/m² (lbs./hr/sq.ft.)
Regenerationsgasrate zur Regenerationszone kg/h/m² (lbs./hr./sq.ft.)
Wassereinlaßrate zu der röhrenförmigen Schlange kg/h (lbs./hr.) für typische MkJ/h (50-100 MBTU/hr) Wärmeabführung
Aufwirbendes Gas zur Zone zwischen Trennblech und Trennwand kg(h/m² (lbs./hr./sq.ft.)
-
In der Beschreibung sind die folgenden Umrechnungseinheiten verwendet worden:
-
º Temperatur in ºF sind in äquivalente ºC umgerechnet worden, indem 32 abgezogen und dann durch
1,8 geteilt wurde.
-
º Längen in Inch (") und Fuß (') sind in äquivalente m umgerechnet worden, indem mit 0,0254 bzw.
0,3048 multipliziert wurde.
-
º Flächen in Quadratfuß (sq.ft.) sind durch Multiplikation mit 0,0929 in m² umgerechnet worden.
-
º Massen in Pounds (lbs.) sind durch Multiplikation mit 0,4536 in kg umgerechnet worden.
-
º Volumen in Kubikfuß sind durch Multiplikation mit 0,028317 in m³ umgerechnet worden.
-
º Wärmemengen in BTU sind durch Multiplikation mit 1,055 in kJ umgerechnet worden.