DE3873211T2

DE3873211T2 - Krackvorrichtung und -verfahren mit festen teilchen.

Info

Publication number: DE3873211T2
Application number: DE8888200856T
Authority: DE
Inventors: Robert J Gartside; Richard C Norton
Original assignee: Stone and Webster Engineering Corp
Current assignee: Stone and Webster Engineering Corp
Priority date: 1987-08-11
Filing date: 1988-05-03
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2008-05-04
Also published as: FI881748A; JPS6462389A; NO883551D0; BR8801976A; CN1014067B; NO172292B; CN1031245A; US5324484A; NO172292C; MX164393B; EP0303302B1; KR910004940B1; US5340545A; FI881748A0; ES2033415T3; NO883551L; KR890003923A; JPH051836B2; EP0303302A1; FI94771C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kracken von Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffen mit Hilfe von erhitzten Feststoffen, um auf diese Weise nützliche Kohlenwasserstoffe herzustellen.
Im Stand der Technik ist eine Anzahl von Verfahren zum Umwandeln von Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffen in nützliche Produkte, wie z.B. Brennstoff, Olefin oder andere bekannt geworden: unter den in letzter Zeit entwickelten, üblichen Verfahren zum Kracken von Roh-Kohlenwasserstoffen sind im wesentlichen die Pyrolyse und katalytische Krackverfahren vorgeschlagen worden, die Feststoffteilchen als Wärmequelle verwendeten.
In der DE-B-1 036 217 sind mehrere Anordnungen vorgesehen, mit deren Hilfe Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe mit Feststoffteilchen in Verbindung gebracht werden sollen, die durch die Schwerkraft nach unten fließen. Die Leitungen, die dazu benutzt werden, die Ausgangsstoffe zu transportieren, sind entweder mittig angeordnet oder an einer Seite des Vorhandes oder Schleiers der Feststoffe, um auf diese Weise zu versuchen, sowohl innerhalb der Ausgangsstoffe als auch der Feststoffteilchen eine wirbelnde Bewegung zu erzeugen und auf diese Weise die Berührung zwischen diesen beiden zu verbessern.
Die EP-A-0 150 239 offenbart eine Anordnung, bei der Katalysatorteilchen in einem ringförmigen Schleier oder Vorhang fließen und bei der Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe von der axialen Mittellinie des Krackreaktors aus radial zugführt werden.
Der oben erwähnte Stand der Technik hat in erster Linie den Fehler, daß die Berührungszeiten zwischen den Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffen und den Feststoffteilchen extrem lang ist und daß die Berührungs-Engheit ungenügend ist.
Darüber hinaus ist vor kurzem durch die Anmelder der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt worden, mit deren Hilfe das Trennen von Feststoffteilchen von gekrackten Gasen, die einen Krackreaktor verlassen, wirkungsvoll durchgeführt werden kann: die US-A-4 443 984 ist ein Beispiel für eine solche Trenntechnik. Die Anmelder der vorliegenden Anmeldung haben auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuführen von Feststoffteilchen zu einer Vorrichtung entwickelt, die keine beweglichen Teile hat; dies ist in der US-A-4 459 p71 beschrieben.
Die US-A-4 338 187 beschreibt ein Zuführsystem für Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe und heiße Feststoffteilchen, bei dem ein schnelles Mischen der Ausgangsstoffe und der Feststoffe erreicht wird und ebenso ein schnelles Kracken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die das vollständige und schnelle Kracken von Kohlkenwasserstoff-Ausgangsstoffen erleichtert sowie die anschließende Trennung der gekrackten Gase von den Feststoffteilchen. Ferner soll erreicht werden, daß die Krackreaktionen durch ein unmittelbares Löschen der gekrackten Gase beendet werden.
Die vorliegende Erfindung sieht daher ein Verfahren zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit heißen Feststoffteilchen vor, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:
a) Zuführen eines Schleiers oder Vorhanges von heißen Feststoffteilchen zu einem Krackreaktor durch Umfangsöffnungen oberhalb eines mittig angeordneten, gekrümmten Teiles;
b) Zuführen von Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffen zu dem Vorhang oder Schleier von heißen Feststoffteilchen durch einander gegenüberliegend angeordnete Einlaßdüsen, die in derselben Ebene aufeinander zu gerichtet sind und die die Ströme der Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe und der mitgerissenen Feststoffteilchen auf einen Weg zwingen, der durch das mittig im Reaktor angeordnete, gekrümmte Teil bestimmt ist und
c) Trennen des gekrackten Gases von den Feststoffteilchen und Beenden der Krackreaktionen im gekrackten Gas, wobei die Zeit, die vom Einführen der Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe in den Reaktor bis zur Beendigung der Reaktionen im gekrackten Gas verstreicht, zwischen 0,1 und 0,6 Sekunden liegt.
Zum Durchführen des oben bezeichneten Krackverfahrens ist ferner ein Krackreaktor vorgesehen, der folgende Teile umfaßt:
a) Gegenüber der Mitte versetzte Durchlässe zum Zuführen von Feststoffteilchen zum Reaktor;
b) wenigstens zwei in der Reaktorseitenwand in derselben Ebene angeordnete und einander gegenüberliegende Einlaßdüsen für Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe;
c) ein mittig angeordnetes, mit einer gebogenen Oberfläche versehenes Stopfenteil im Reaktor, um das die Feststoffteilchen nach ihrem Eintritt in den Reaktor herumfließen, wobei der Unterteil des Stopfenteils in einer Ebene liegt, in der die Düsen für die Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe angeordnet sind; und
d) einen venturi-förmig ausgebildeten Abschnitt zwischen den Einlässen für die Feststoffteilchen und den Einlaßdüsen für die Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe.
Die Feststoffteilchen, die aus dem Reaktor abgeführt werden, haben gegenüber der Temperatur, mit der sie in den Reaktor hineingelangen, eine verminderte Temperatur und sie sind mit Verunreinigungen, wie z.B. Teer oder Koks aus den Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffen verunreinigt.
Die Feststoffteilchen werden, wenn gewünscht, von einigen dieser Verunreinigungen befreit und dann in einer Erhitzungsvorrichtung durch die Verbrennungsgase und Luft zusammen mit den Koks-Verunreinigungen auf den Feststoffen erhitzt.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben, so daß sie noch besser verstanden werden kann. Es zeigen:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Gesamtsystems nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht im Schnitt des Reaktors und der Trennvorrichtung nach der Erfindung, in der das gekrackte Gas von den Feststoffen getrennt wird;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2;
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2;
Fig. 6 ist eine Teilansicht des Einlasses für Feststoffe in den Reaktor, wie er in Fig. 5 dargestellt ist;
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 2;
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt durch die Linie 8-8 in Fig. 1; und
Fig. 9 ist eine schematische Seitenansicht der Feststoff-Wiedergewinnungsanlage.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden in verschiedenen Krack-Umgebungen angewandt, in denen Feststoffe benutzt werden, die entweder inert oder katalytisch sind. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden jedoch mit Bezug auf eine katalytisches Krackverfahren zum Herstellen von Olefinen aus Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffen beschrieben.
Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, besteht das System 2 im wesentlichen aus einem Reaktorsystem 4, einer Feststoff-Wiedergewinnungsanlage 8 und einem Feststoff-Zuführsystem 10.
Das Reaktorsystem 4, das am besten in Fig. 2 erkennbar ist, umfaßt einen konvergenten Mischabschnitt 11, einen länglichen Reaktionsabschnitt 12, einen divergierenden Abschnitt 13 stromabwärts des längslichen Reaktionsabschnittes 12, eine Trennvorrichtung 6 und eine (in Fig. 7 dargestellte) Löschvorrichtung 7. Der Mischabschnitt 11 ist mit einem Stopfenabschnitt 14 ausgebildet, der im Querschnitt dargestellt ist und eine gebogene Unterseite 15 hat. Über dem Stopfenabschnitt 14 ist in einem gewissen Abstand zu diesem Stopfenabschnitt 14 eine horizontal liegende Platte 17 angeordnet, um auf diese Weise Feststoff-Einlaßdurchlässe 19 in das Innere des Mischabschnittes 11 zu bilden. Die Feststoff-Einlaßdurchlässe 19 sind im Querschnitt mit einer Abbiegung um einen rechten Winkel versehen und enden in rechteckigen Öffnungen 25, durch die die teilchenförmigen Feststoffe in Form eines Vorhanges von Feststoffen 26 in den Mischabschnitt 11 eintreten, wie dies am besten in Fig. 3 dargestellt ist. Die horizontalen Öffnungen befinden sich direkt oberhalb von jedem Kohlenwasserstoffeinlaß. Venturiförmig ausgebildete Durchlässe 3 erstrecken sich von den Feststoff-Eingangsdurchlässen 19 bis zu den Kohlenwasserstoff-Einlässen 28. Längs jeder Seitenkante einer horizontalen Öffnung 25 sind Verteilerschächte 21 für Dampf angeordnet (Fig. 5 und 6), um über Düsen 29 ein Vorbeschleunigungsgas (Dampf) in den Vorhang von Feststoffen 26 hineinzublasen, der durch die horizontalen Öffnungen 25 hindurchtritt. Um das Gas, üblicherweise Dampf oder ein leichter Kohlenwasserstoff, unter Druck zu den Düsen 29 zuzuführen, ist eine Gaszufuhrleitung 27 vorgesehen. Die Düsen 29 sind gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von 45º nach unten geneigt. Das Vorbeschleunigungsgas wird zu den Verteilerschächten 21 bei Drücken von 0,207 bis 0,345 bar oberhalb des Druckes im Reaktor zugeführt und entweicht durch die Düsen 29 bei diesem gleichen, relativen Druck bei einer Geschwindigkeit von etwa 45,7 m/s. Das Vorbeschleunigungsgas beschleunigt den Fluß der Feststoffe durch die horizontalen Öffnungen 25 von nominal 1,8 m/s auf 15,2 m/s zur Mischung der Feststoffe mit dem Vorbeschleunigungsgas.
Die Kohlenwasserstoffeinlässe 28 sind an der Reaktorwand 22 angeordnet, die entweder normal zu dem Vorhang der Feststoffe 26 liegt oder nach aufwärts mit einem Winkel von 30º in den Feststoffvorhang 26 hinein geneigt ist. Der Kohlenwasserstoff wird dem Verteiler über eine Leitung 24 zugeführt. Die Zufuhreinlaßdüsen 28 werden vom Verteiler 23 mit Kohlenwassserstoff beliefert. Wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, liegen die Zuführeinlaßdüsen 28 einander diametral in derselben, horizontalen Ebene gegenüber. Der Mischabschnitt 11 des Reaktors ist rechteckig, wie aus Fig. 4 hervorgeht, und hat einen Aufbau, der einen Übergang zu einem rohrförmigen Reaktor des länglichen Reaktionsabschnittes 12 darstellt.
Das Ausgangsmaterial, das über die Düsen 28 in den Mischabschnitt 11 gelangt, stößt unmittelbar an den Vorhang aus Feststoffen 26 und die erwünschte Mischung des Ausgangsmaterials mit den heißen, teilchenförmigen Feststoffen findet statt. Bei dem gegenüberliegenden Düsensatz 28 werden die gegenüberliegenden Zuführstrahlen und mitgerissenen Festteilchen aus dem Vorhang solcher Festteilchen 26 durch die gebogene Ausbildung 15 des Stopfenabschnittes 14 gerichtet und stoßen etwa in der senkrechten Mittellinie des Mischabschnittes 11 aneinander an. Wenn ein Kohlenwasserstoff in einer gemischten Gas-Flüssigkeitsphase durch die Düsen 28 zugeführt wird, dann sind die Düsen 28 in einem Winkel von 90º zum Feststoffvorhang 26 angeordnet. Wenn der Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoff ein Gas ist, dann sind die Düsen 28 in einem aufwärts gerichteten Winkel von 30º in den Feststoffvorhang hinein gerichtet. Die Menge der Feststoffe, die über die horizontalen Einlässe 19 in den Mischabschnitt 11 des Reaktionssystems gelangen, wird im wesentlichen durch den Druckunterschied zwischen dem Mischabschnitt 11 des Reaktionssystems und der Kammer 21 oberhalb des Behälters 18 für die Feststoffe in einem Steuerbehälter 31 direkt oberhalb der horizontalen Einlässe 19 gesteuert. Um den Druckunterschied zu messen, sind Meßfühler 33 und 35 jeweils im Mischabschnitt 11 des Reaktionssystems und in der Kammer 21 des Steuerbehälters angeordnet. Über eine Leitung 30 wird Gas (Dampf) unter Druck in die Steuerbehälterkammer 21 geleitet, um den Druckunterschied zwischen dem Mischabschnitt 11 des Reaktionssystems und der Steuerbehälterkammer 21 einzustellen, um auf diese Weise den Fluß der Festteile von dem Behälter 31 in den Mischbereich 11 des Reaktionssystems zu fördern oder zu unterbrechen. Eine genaue Beschreibung des Vorganges des Einstellens eines Flusses der Festteile ist in der US-A-4 459 071 und in der US-A-4 453 865 zu finden.
Der Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoff gelangt in den Mischabschnitt 11 des Reaktionssystems 4 bei einer Temperatur zwischen 93 und 593ºC und wird auf eine Krack-Temperatur zwischen 538 und 816ºC gebracht. Der Krack-Vorgang läuft im Mischbereich 11 und in der länglichen Reaktions- oder Krackzone 12 ab. Danach gelangen die gekrackten Ausgangsbestandteile und die mitgerissenen, teilchenförmigen Feststoffe gemeinsam in die Trennvorrichtung 6. Die Verweilzeit vom Einlauf des Kohlenwasserstoffes in das Reaktionssystem 4 bis zum Einlauf in die Trennvorrichtung des Reaktionssystems liegt zwischen 0,05 und 0,5 Sekunden. Diese Zeit stellt diejenige Zeit dar, in der der Kohlenwasserstoff mit dem Katalysator in enger Berührung ist.
Wie dies am besten aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt die Trennvorrichtung 6 einen Einlaß 32 für die Mischung, einen horizontalen Kammerabschnitt 34, mehrere Auslässe 36 für das gekrackte Gas und Auslässe 38 für die teilchenförmigen Feststoffe. Die Trennvorrichtung 6 ist eine Verbesserung der Trennvorrichtung für Feststoffe und Gas, wie sie im US-A-4 433 984 beschrieben ist. Die Grundprinzipien in bezug auf die relativen Durchmesser, die Kammerhöhe und die Kammerlänge, die in der o.g. US-PS enthalten sind, werden hier wieder angewendet. Die Trennvorrichtung 6 wird jedoch in Kombination mit einer länglichen Krackzone 12 und mit einem divergierenden Abschnitt 13 des Reaktionssystemes angeordnet. Der divergierende Abschnitt 13 des Reaktionssystems schließt den Einlaß 32 der Trennvorrichtung ab, der mittig an der Oberseite des horizontalen Kammerabschnittes 34 angeordnet ist. Als Ergebnis des Aufbaus des zusammengesetzten Reaktionssystems einschl. der Trennvorrichtung 6 entwickelt sich ein Feststoffbett 42 auf dem Boden 40 des horizontalen Abschnittes 34, wobei das Querschnittsprofil 43 des Feststoffbettes 42 einen Bogen bildet, über den die Mischphase aus Gas und Feststoffen hinwegstreicht. Die Ausdehnung des Gemisches aus Feststoffen und gekracktem Gas in dem divergierenden Abschnitt 13 erhöht den Wärmeübergang und begrenzt die Geschwindigkeit der Mischung aus Feststoffen und Gas, die in die Trennvorrichtung hineingelangt.
Die Feststoffe werden zu den Seitenwänden 46 des horizontalen Abschnittes 34 befördert und fallen nach unten durch die Auslässe 38 für die Feststoffe heraus. Die gekrackten Gase machen eine 180º-Wendung und werden nach der Trennung von den Feststoffen durch Gasauslässe 36 abgeblasen, die an der Oberseite des horizontalen Abschnittes zwischen den Seitenwänden 46 angeordnet sind. Da mehrere Auslässe 38 für die Feststoffe und Gasauslässe 36 vorhanden sind, wird gleichzeitig sowohl eine geringstmögiche Verweilzeit in der Trennzone erreicht als auch eine größtmögliche Trennung zwischen Feststoffen und Gasen.
Die Trennvorrichtung umfaßt auch einen üblichen Trenn-Zyklonen, der direkt stromabwärts jedes Gasauslasses 36 angeordnet ist, wie dies am besten aus Fig. 7 hervorgeht. Die Eingangsleitung 54 jedes Zyklonen ist in einem Winkel von 90º in bezug auf den Gasauslaß 36 angeordnet, wobei die Trennzyklone 50 in der Vorrichtung senkrecht angeordnet sind. Die Trennzyklone 50 dienen dazu, die verbleibenden, mitgerissenen teilchenförmigen Feststoffe von den gekrackten Gasen zu trennen, die aus der Trennvorrichtung 6 abgeblasen werden. Mit Hilfe einer Fall-Leitung 49 werden die teilchenförmigen Feststoffe zur Feststoffwiedergewinnungsanlage 8 zurückgeführt und die gekrackten Gase werden durch den Gasauslaß 51 zur weiteren, stromabwärtigen Verarbeitung abgeleitet.
In der Praxis trennt die Trennvorrichtung 6 95% bis 99% der Feststoffe aus der Mischung von Gas und Feststoffen ab, wobei etwa 3,2 g staubförmige Feststoffe in einem Liter Gas enthalten sind, und wobei die durchschnittliche Teilchengröße der Feststoffe 90 um beträgt. Jede Zyklonen-Eingangsleitung, die sich vom Auslaß 36 für das gekrackte Gas zum Trennzyklon 50 erstreckt, ist mit einer direkten Löschleitung 52 versehen. Durch diese direkte Löschleitung 52 hindurch wird ein Löschöl, üblicherweise mit einer Temperatur von 38 bis 204ºC, das aus dem stromabwärtigen Destillationsturm stammt, in den Trennzyklon 50 eingeführt, um die Reaktionen des gekrackten Gases zu beenden. Für jedes Kilo gekrackten Gases wird eine Menge von Löschöl stromaufwärts des Trennzyklonen 50 eingeführt, die zwischen 0,1715 und 0,515 Litern liegt.
In der Praxis ist gefunden worden, daß die Krackzeit, d.h. die wirksame, kinetische Verweildauer, diejenige Zeit ist, die vom Eintritt der Ausgangsstoffe in die Reaktionsvorrichtung bis zur Beendigung der Reaktionen des gekrackten Gases im Trennzyklon 50 verstreicht. Die wirksame kinetische Verweilzeit umfaßt die Zeit, während der der Kohlenwasserstoff und der Katalysator in enger Berührung miteinander sind und die Zeit vom Trennvorgang bis zur Ablöschung.
Wie dies am besten aus Fig. 9 hervorgeht, umfaßt die Feststoff-Wiedergewinnungsanlage 8 einen Abscheider (stripper) 53, einen Steuerbehälter 55, eine Erhitzungsvorrichtung 58 für mitgerissene Bettbestandteile, eine Hubleitung 57 und einen Kessel 60 für die wiedergewonnenen Feststoffe.
Der Abscheider 53 ist ein rohrförmigen Kessel, in den die teilchenförmigen Feststoffe aus der Trennvorrichtung 6 über Auslaßleitungen hineingelangen, die von den Feststoffauslässen an der Trennvorrichtung und von den Falleitungen 49 an den Zyklonen abstehen. Am Boden des Abscheiders 53 ist, wie dies am besten aus Fig. 9 hervorgeht, ein Ring 62 angeordnet, der Düsenöffnungen 64 aufweist. Dem Ring 62 wird zum Ausblasen durch die Düsen 64 ein Abscheidegas, üblicherweise Dampf, zugeleitet. Der Abscheidedampf strömt durch das Bett von teilchenförmigen Feststoffen nach oben, um Unreinheiten von der Oberfläche der teilchenförmigen Feststoffe zu entfernen. Für jeweils 54 kg teilchenförmiger Feststoffe wird dem Abscheider zwischen 0,454 und 1,362 kg Dampf bei einer Temperatur zwischen 93 und 260ºC und einem Druck zwischen 1,38 und 13,8 bar zugeführt. Der Abscheidedampf und die mitgerissenen Unreinheiten strömen durch die teilchenförmigen Feststoffe im Abscheider 53 nach oben und werden durch eine nicht dargestellte Entlüftungsleitung in die Leitung des gekrackten Gases abgelassen.
Die abgeschiedenen Feststoffe werden im Steuerbehälter 55 für eine eventuelle Zufuhr zu einer Erhitzungsvorrichtung 58 für die mitgerissenen Betteile angesammelt. Der 5teuerbehälter 55 ist ein Sammelbehälter, in den die Festbestandteile über ein Standrohr 66 gelangen und von dem weg sich eine Auslaßleitung 73 erstreckt, um die Festbestandteile zur Erhitzungsvorrichtung 58 zu leiten. Die aus Steuerbehälter 55 und Standrohr 66 zusammengesetzte Einheit hat ein Transportsystem für die hereingefallenen Feststoffteilchen, wie es in der US-A-4 459 071 und US-A-4 453 865 beschrieben ist. Der Druckunterschied, der zwischen der Oberfläche 68 der hineingefallenen Feststoffteilchen und dem Auslaß 70 der Auslaßleitung 73 aufrechterhalten wird, bestimmt die Fließgeschwindigkeit der Feststoffteilchen zwischen dem Steuerbehälter 55 und der Erhitzungsvorrichtung 58. Zum wahlweisen Einführen von Dampf unter Druck in den Steuerbehälter 55 ist eine Leitung 72 vorgesehen, um den Druckunterschied einzustellen. Im Steuerbehälter 55 und in der Erhitzungsvorrichtung 58 sind jeweils Meßfühler 67 und 69 angeordnet, um die Druckdifferenz anzuzeigen und um das Ventil 55 in der Dampfleitung 72 einzustellen.
Die Erhitzungsvorrichtung für die mitgerissenen Feststoffteilchen ist in ihrem Aufbau im wesentlichen rohrförmig. An der unteren, geneigten Fläche 75 der Erhitzungsvorrichtung 58 sind im wesentlichen symmetrisch verschiedene Brennstoffdüsen 61 angeordnet, die von Brennstoffleitungen 63 beliefert werden. Durch eine Düse 77 hindurch, die so angeordnet ist, daß sie Luft axial nach oben durch die Erhitzungsvorrichtung 58 hindurchleiten kann, wird Luft unter Druck in die Erhitzungsvorrichtung 58 eingeleitet. Der Luftstrahl stellt sowohl die Kraft bereit, um die Feststoffteilchen durch die Erhitzungsvorrichtung 58 hindurch in einen Behälter 60 für die regenerierten Feststoffteilchen anzuheben als auch die Luft, die für eine Verbrennung notwendig ist. Der Brennstoff wird durch Berührung mit den heißen Feststoffteilchen in Gegenwart von Luft gezündet.
Die Mischung aus Verbrennungsgas und Feststoffteilchen, die sich durch die Hubleitung 57 nach oben bewegt, läuft in den Behälter 60 für die regenerierten Feststoffteilchen tangential ein und zwar vorzugsweise senkrecht zur Hubleitung, um die Verbrennungsgase von den Feststoffteilchen zu trennen. Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, hat das Gefäß 60 in der Gasauslaßdüse einen Rohrteil (distube) 85, um eine zyklonische Bewegung hervorzurufen, welche den Trenneffekt der Vorrichtung wesentlich verbessert.
Im Betrieb gleiten die Feststoffteilchen an der Innenwand der Erhitzungsvorrichtung 58 abwärt und werden durch den zentralen Luftstrom wieder aufgenommen, der bei einer Geschwindigkeit von 24,4 bis 45,75 m/s ausströmt. Die Oberflächengeschwindigkeit im Hauptkörper der Erhitzungsvorrichtung 58 liegt zwischen 2,44 und 4,575 m/s. Die Verminderung der Geschwindigkeit und die Verwendung eines einzigen, zentralen Strahles schaffen in der abgeschwächten Phase innerhalb des ausgedehnten Abschnittes der Schichtung eine Kreisbewegung. Die mitgerissenen Feststoffteilchen fallen auf die Seite und werden in dem Strahl wieder mitgerissen. Die Geschwindigkeiten sind so, daß ein Nettotransport von Feststoffteilchen die Hubleitung 57 hinauf stattfindet, und zwar bis zu einem weit gelegenen Punkt in der Leitung, so daß eine Rücklaufzone geschaffen wird und mithin eine höhere Feststoffdichtigkeit und Verweilzeit. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Feststoffteilchen durchschnittlich zehn- bis fünfzehnmal wieder zurücklaufen im Vergleich mit einem glatten Durchlauf. Die Eigenschaften und Vorteile der Erhitzungsvorrichtung 58 umfassen ein Wieder-Umlauf-System, das eine höhere Dichtigkeit der Feststoffteilchen schafft und die Spitzentemperaturen vermindert, die die Katalysatoren oder Feststoffteilchen schädigen könnten. Die Verbrennung in der Erhitzungsvorrichtung 58 geschieht darüber hinaus in der Gasphase. Die Feststoffteilchen sind im Gas suspendiert und die Verbrennung ist auf diese Weise schnell und das Gas und der Brennstoff werden in der Verbrennungszone sehr eng miteinander vermischt.
Die Verbrennungsreaktion in der Erhitzungsvorrichtung umfaßt die Koksbeschichtung der Feststoffteilchen. Auf diese Weise wird das Verhältnis zwischen der Materialzufuhr und der Luft auf einem Überschuß von Luft über den Brennstoff von nominal 10% gehalten, wodurch sichergestellt wird, daß der gesamte Koks auf den Feststoffteilchen verbrannt wird und zum Prozeß der Erhitzung der Feststoffteilchen beiträgt. Die Reaktion ist von einer Art, die ähnlich der folgenden Beziehung ist:
CHx + O&sub2; T H&sub2;O + CO&sub2;.
Das Gefäß 60 für die regenerierten Festestoffteilchen ist ein zylindrisches Gefäß, daß mit einem Standrohr 71 versehen ist (Fig. 2), der sich bis zum Steuerbehälter für Feststoffe (Reaktionsbehälter) 31 erstreckt. Der Aufbau des Gefäßes 60 für die regenerierten Feststoffteilchen dient zur Ansammlung einer heruntergefallenen Schicht 81 (Fig. 9), oberhalb der der Druck reguliert werden kann, um eine gesteuerte Zufuhr der regenerierten Feststoffteilchen zum Reaktionsbehälter 31 zu ermöglichen. Das obere Gefäß 60 zum Sammeln von Feststoffteilchen (Fig. 1, 2 und 9) enthält als unteren Abschnitt einen Abscheidebereich mit einem Abscheidering 79 und bildet ein Teil eines Feststoffzuführsystems 10. Oberhalb des Ringes sind die Feststoffteilchen fluidisiert; unterhalb des Ringes 79 fallen die Feststoffteilchen herunter und werden dem Standrohr 71 zugeführt. Das Standrohr 71 führt die heruntergefallene Schicht in den Steuer- oder Reaktionstrichter 31 ein, wie dies am besten aus Fig. 2 hervorgeht. Die Feststoffteilchen fließen in den Reaktions-Trichter 31 durch das Standrohr 71, um diejenigen Feststoffteilchen zu ersetzen, die in den Reaktor 4 hineingeflossen sind. Die heruntergefallenen Feststoffteilchen werden dann aufhören, in den Reaktortrichter hineinzufallen, wenn der Einlaß 82 zum Trichter 31 abgedeckt ist. Auf diese Weise bestimmt der Einlaß 82 das Niveau der Feststoffteilchen im Trichter 31. Wenn die Feststoffteilchen vom Trichter 31 durch den Druckunterschied zwischen dem Dampfraum in der Kammer 21 oberhalb der Schichtung 18 und dem Mischabschnitt 11 abfließen, wird der Einlaß 82 wieder frei und ermöglicht es, daß weitere Feststoffteilchen in den Trichter 31 hineinfließen.
Der Fluß der Feststoffe aus den rechteckigen Einlässen oder den Feststoffeingangsdurchlässen 19 kann etwa als Extrusionsfluß beschrieben werden. Die Feststoffe befinden sich in einer sehr dichten Phase, bis sie von dem Vorbeschleunigungsgas ergriffen werden. Ein Druckabfall von 0,0345 bis 0,345 bar wird dazu verwendet, die Geschwindigkeit des Feststoff-Flusses zum Reaktormischabschnitt 11 zu steuern.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird nun ein Vorbeschleunigungsgas, wie z.B. Dampf bei einer Temperatur von 204 bis 593ºC durch Vorbeschleunigungseinlässe und ein Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoff bei einer Temperatur von 149 bis 593ºC, wie z.B. verflüssigtes Petroleumgas (LPG), Naphtha, Gasöl oder ähnliches, durch Zuführdüsen 28 in den Reaktor 4 eingeführt. Die heißen Feststoffteilchen werden dem Reaktor durch die rechteckigen Durchlässe bei einer Temperatur von 649 bis 927ºC zugeführt. Der Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoff mischt sich mit den heißen Feststoffteilchen und wird bei einer Kracktemperatur von 593 bis 816ºC gekrackt. Der Druck im Reaktor beträgt zwischen 0,414 und 4,14 bar und die Verweilzeit oder die Berührungszeit vom Eintritt des Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffes bis zum Ausfluß des gelöschten, gekrackten Gases ist 0,1 bis 0,6 Sekunden. Die heißen Feststoffteilchen werden von einer Temperatur zwischen 649 und 927ºC auf eine Temperatur von 593 bis 816ºC abgekühlt und benötigen 0,1 bis 0,6 Sekunden vom Durchgang durch den rechteckigen Durchlaß bis zum Verlassen der Feststoffauslässes in der Trennvorrichtung. Die gekrackten Gase werden durch ein direktes Löschöl im Zyklon auf Temperaturen zwischen 538 bis 649ºC abgelöscht. Danach wird eine zusätzliche Löschkühlung durchgeführt, um die Ausflußtemperatur zur Fraktionierung auf 149 bis 371ºC zu vermindern.
Die Feststoffe werden im Abscheider mit Hilfe von Dampf bei Temperaturen zwischen 593 und 816ºC von Oberflächen-Unreinheiten befreit. Die gesäuberten Feststoffteilchen werden dann bei einer Temperatur zwischen 593 und 816ºC in die Erhitzungsvorrichtung 58 eingegeben. Brennstoff mit einem Brennwert zwischen 17000 und 22000 kCal/kg und zwischen 12 und 17 Gewichtseinheiten Luft pro Gewichtseinheit Brennstoff und Koks werden der Erhitzungsvorrichtung fortlaufend zugeführt und zusammen mit dem Koks (Kohlenstoff) auf den Feststoffteilchen bei Temperaturen zwischen 649 und 927ºC und einem Druck zwischen 0,414 und 4,14 bar verbrannt. Die heißen Feststoffteilchen werden dann bei einer Temperatur zwischen 649 und 927ºC in das Gefäß für die regenerierten Feststoffteilchen eingebracht, wo die Verbrennungsgase in der Trennvorrichtung und den Zyklonen abgeschieden und als Abgas ausgeblasen werden. Das Abgas hat keinen Brennwert mehr und wird dazu benutzt, die Ausgangsstoffe vorzuheizen oder Dampf zu erzeugen.
Die heißen Feststoffe werden durch den Reaktortrichter und die rechteckigen Zuführöffnungen bei Temperaturen zwischen 649 und 816ºC zu dem Reaktor 4 zurückgeführt.
Eine geplante Materialbalance ist etwa die folgende:
- Naphtha-Ausgangsstoffe (nur Sekundär-Ausgangsstoffe): 22700 kg/h;
- Verdünnungsdampf: 7264 k/h, davon 1362 kg/h Primärdampf und 5902 kg/h Sekundär-Dampf;
- Feststoffumlauf: 385900 kg/h,
- Naphtha-Vorheiztemperatur: 482ºC,
- Verdünnungsdampf-Vorheiztemperatur: 993ºC,
- Reaktor-Auslaßtemperatur: 727ºC,
- Luftstrom: 34050 kg/h, vorgeheizt auf 371ºC (durch Abgas),
- benötigter Brennstoff: Koks auf den Festteilchen von der Reaktion her: 113,5 kg/h, d.h. 4108,104 KJ/h zusätzlicher Brennstoff: 2120,2 kg/h, d.h. 81108,72 KJ/h.
In der Praxis ist gefunden worden, daß beim Betrieb der vorliegenden Erfindung ein Verlust von 0,005 des Umlaufes der Feststoffteilchen eintritt.
Die Ausbeute von den ursprünglich eingesetzten 22700 kg/h Naphtha ist die folgende: Produkt Ausbeute (Gew-%) Benzin Toluol Styrol Koks

Claims

1. Verfahren zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit heißen, teilchenförmigen Feststoffen mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Zuführen von heißen, teilchenförmigen Feststoffen zu einem Krack-Reaktor in Form eines Schleiers oder Vorhanges durch Umfangsöffnungen oberhalb eines mittig angeordneten gekrümmten Teiles;

b> Zuführen von Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffen zu dem Vorhang oder Schleier von heißen Feststoffteilchen durch einander genenüberliegend angeordnete Einlaßdüsen, die in derselben Eingangsebene aufeinander zu gerichtet sind und die die Ströme der Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe und die mitgerissenen Feststoffteilchen auf einen Weg zwingen, der durch das mittig im Reaktor angeordnete, gekrümmte Teil bestimmt ist und

c) Trennen des gekrackten Gases von den Feststoffteichen und Beenden der Krackreaktionen im gekrackten Gas, wobei die Zeit, die vom Eintritt der Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe in den Reaktor bis zur Beendigung der Reaktionen des gekrackten Gases verstreicht, zwischen 0,1 und 0,6 Sekunden liegt

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt des Zuführens eines Vorbeschleunigungsgases in den Vorhang oder Schleier der Feststoffe, um den Fluß des Vorhanges oder Schleier der heißen Feststoffteilchen zu beschleunigen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Verfahrensschritt des Zuführens heißer Feststoffteilchen in den Reaktor über einen Leitungsweg, der versetzt angeordnete Zuführöffnungen umfaßt, die senkrecht zur Mittellinie des Reaktors angeordnet sind und danach parallel zu dieser Mittellinie verlaufen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Verfahrensschritt das Zuführen des Vorhanges oder Schleiers von Feststoffteilchen zu dem Reaktor längs der Reaktorwand umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Verfahrensschritte das Hindurchgehen des getrennten, gekrackten Gases durch einen Trenn-Zyklon umfassen sowie das Einspritzen von Löschöl unmittelbar stromaufwärts des Zyklons, um die Krackreaktionen im gekrackten Gas zu beenden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Verfahrensschritte das Zuführen des gekrackten Gases und der Feststoffteilchen zu der Trennvorrichtung durch einen einzigen Einlaß umfassen sowie das Trennen des gekrackten Gases und der Feststoffteilchen in der Trennvorrichtung, das Abblasen des gekrackten Gases nach oben durch mehrere Auslässe für gekracktes Gas und das Ausbringen der Feststoffteilchen nach unten durch mehrere Auslässe für Feststoffteilchen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Verfahrensschritte das Zuführen der abgetrennten Feststoffteilchen zu einem Abscheider umfassen und das Hindurchgehen von Abscheidungsdampf durch die Feststoffteilchen, um Oberflächenunreinheiten von diesen Feststoffteilchen zu entfernen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Verfahrensschritte das Zuführen der gereinigten Feststoffteilchen zu einem Trichter umfassen, das Ansammeln einer herabgefallenen Schicht von Feststoffteilchen im Trichter und das Hindurchgehen eines kontinuierlichen Flusses von Feststoffteilchen von der Schicht durch ein Standrohr zum Boden einer Erhitzungsvorrichtung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Verfahrensschritte das Zuführen von Brennstoff durch eine Anordnung von Brennstoffdüsen am Boden der Erhitzungsvorrichtung umfaßt, wobei die Brennstoffdüsen in einer Ebene angeordnet sind, die vollständig quer zum gesamten Querschnitt der Erhitzungsvorrichtung angeordnet sind und durch einen Luftstrahl, der axial durch den Boden der Erhitzungsvorrichtung zugeführt wird, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen, die sehr eng mit den Feststoffteilchen gemischt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der der Erhitzungsvorrichtung zugeführte Brennstoff einen Wärmegehalt zwischen 17928,2 kJ/kg und 23201,2 kJ/kg und 12 bis 17 Gewichtseinheiten Luft pro Gewichtseinheit Brennstoff und Koks von den Feststoffteilchen aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Verfahrensschritte das Transportieren der heißen Feststoffteilchen und der Verbrennungsgase durch die Erhitzungsvorrichtung zu dem Gefäß für die regenerierten Feststoffteilchen umfassen und das Trennen der heißen Feststoffteilchen von den Verbrennungsgasen in dem Gefäß für die regenerierten Feststoffteilchen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Verfahrensschritte das Ansammeln einer herabgefallenen Masse von Feststoffteilchen in dem Gefäß für regenerierte Feststoffteilchen umfassen und das Hindurchleiten der heißen, regenerierten Feststoffteilchen durch ein Standrohr zu einer Masse von Feststoffteilchen in dem Reaktor-Trichter, in dem das Auslaßende des Standrohrs in die herabgefallene Schicht von Feststoffteilchen im Reaktortrichter eingetaucht ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die herabgefallene Schicht von Feststoffteilchen im Reaktor-Trichter auf versetzt angeordneten Durchlässen des Reaktors ruht und der Druckunterschied zwischen der Zone oberhalb der herabgefallenen Schicht von Feststoffteilchen im Reaktor-Trichter und dem Krack-Reaktor einstellbar ist.

14. Krack-Reaktor (4) zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Teile:

a) gegenüber der Mitte versetzt angeordnete Durchlässe (19) zum Zuführen von Feststoffteilchen zu dem Reaktor (4);

b) wenigstens zwei in der Reaktor-Seitenwand in derselben Ebene angeordnete und einander gegenüberliegende Einlaßdüsen (28) für Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe,

c) ein mittig angeordnetes und mit einer gebogenen Oberfläche versehenes Stopfenteil (14) im Reaktor (4), um das die Feststoffteilchen nach ihrem Eintritt in den Reaktor herumfließen, wobei der Boden des Stopfenteiles (14) sich in einer Höhe befindet, in der die Zuführdüsen (28) für die Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe angeordnet sind, und

d) einen venturi-geformten Abschnitt (3) zwischen den Durchlässen (19) für die Feststoffteilchen und den Einlässen (28) für die Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe.

15. Krack-Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die versetzt angeordneten Durchlässe (19) mit einem horizontal angeordneten Kanal und mit einem vertikal angeordneten Kanal ausgebildet sind, der unmittelbar stromabwärts an den horizontalen Kanal anschließt, wobei an den Enden der vertikalen Kanäle rechteckige Öffnungen (25) ausgebildet sind und wobei die Düsen (28) für die Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe senkrecht mit den rechteckigen Öffnungen (25) ausgerichtet sind.

16. Krack-Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kanten der rechteckigen Öffnungen (25) für die in den Reaktor (4) einzubringenden Feststoffteilchen (26) Gasdüsen (29) für ein Vorbeschleunigungsgas angeordnet sind.

17. Krack-Reaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen rechteckigen Mischabschnitt (11) umfaßt sowie einen länglichen, rohrförmigen Reaktionsabschnitt (12) und einen divergierenden Abschnitt (13), der dem länglichen, rohrförmigen Reaktionsabschnitt (12) unmittelbar nachgeordnet ist.

18. Krack-Reaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine Trennvorrichtung (6) umfaßt, die einen mittig angeordneten Einlaß (32) für Gase und Feststoffe aufweist, der mit dem divergierenden Abschnitt (13) des Reaktors (4) in Verbindung steht.

19. Krack-Reaktor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen Reaktor-Trichter (55) oberhalb des Reaktors aufweist, in dem eine herabgefallene Schicht von gereinigten Feststoffteilchen ansammelbar ist, wobei der Reaktortrichter (55) in direkter Verbindung mit den horizontalen Kanälen der versetzt angeordneten Durchlässe (19) steht.