DE60023267T2

DE60023267T2 - Verfahren und Apparat zum Zusammenbringen von Einsatz mit sofortiger Trennung von Katalysator

Info

Publication number: DE60023267T2
Application number: DE60023267T
Authority: DE
Inventors: Paolo Des Palines Palmas
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: ATE307180T1; EP1146106B1; EP1146106A1; ES2246808T3; DE60023267D1

Description

Es gibt eine Reihe kontinuierlicher zyklischer Prozesse, die Wirbelschichttechniken verwenden, in denen ein wenigstens teilweise als Flüssigphase vorliegender Strom, der Kohlenwasserstoffverbindungen enthält, mit den fluidisierten Feststoffen in einer Kontaktzone in Kontakt kommt und kohlenstoffhaltige oder andere störende Materialien auf den Feststoffen abgeschieden werden. Die Feststoffe werden im Verlauf des Zyklus in eine andere Zone befördert, wo Verunreinigungen in einem Regenerierungsabschnitt entfernt werden, oder spezieller werden Kohlenstoffablagerungen durch Verbrennung in einem sauerstoffhaltigen Medium wenigstens teilweise entfernt. Die Feststoffe aus dem Regenerierungsabschnitt werden anschließend abgezogen und in ihrer Gesamtheit oder teilweise wieder in die Kontaktzone eingebracht.
Eines der wichtigeren Verfahren dieser Art ist das Verfahren des katalytischen Wirbelschichtkrackens (FCC) für die Umwandlung relativ hochsiedender Kohlenwasserstoffe in leichtere Kohlenwasserstoffe. Die Kohlenwasserstoffbeschickung wird in einer oder in mehreren Reaktionszonen mit dem teilchenförmigen Krackkatalysator in einem fluidisierten Zustand unter für die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen geeigneten Bedingungen gehalten.
Die Verarbeitung von zunehmend schwereren Beschickungen in Verfahren vom FCC-Typ und die Neigung solcher Beschickungen, die Koksproduktion zu erhöhen und unerwünschte Produkte zu liefern, führte zu neuen Verfahren zum Inkontaktbringen von Beschickungen mit Katalysator. In jüngerer Zeit erfuhren Verfahren zum Inkontaktbringen von FCC-Katalysatoren für sehr kurze Kontaktzeiten besonderes Interesse. In der US-A-4,985,136 kontaktiert eine FCC-Beschickung einen fallenden Vorhang von Katalysator während einer Kontaktzeit von weniger als 1 Sekunde, gefolgt von einer schnellen Abtrennung. Das System mit ultrakurzer Kontaktzeit verbessert die Selektivität für Benzin, während es die Koks- und Trockengasproduktion durch Verwendung von hochaktivem Katalysator, der die Beschickung zuvor für eine relativ kurze Zeitdauer kontaktierte, herabsetzt. Die Erfindungen sind speziell auf zeolithische Katalysatoren mit hoher Aktivität gerichtet. Anordnungen für die Durchführung solcher Beschickungskontaktierungen sind aus US-A-2,935,466, US-A-4,435,272, US-A-4,944,845, US-A-5,296,131 und US-A-5,462,652 bekannt.
Die für Anordnungen mit kurzer Kontaktzeit gewünschte Art der Injektion erfuhr bei den oben bezeichneten Patenten besondere Aufmerksamkeit. Die Beschickung kann mittels einer Anordnung von identischen Beschickungsinjektionsströmen oder mittels einer länglichen Öffnung in die Form eines Strahls gebracht werden, der einen in einer kompatiblen Form fließenden Katalysatorstrom gleichmäßig kontaktiert. Die Beschickungsinjektion ist so vorgesehen, daß sie die Beschickung in ein relativ dünnes Katalysatorband schießt, welches in eine Richtung senkrecht zu der Strömung der Strahle fällt.
Neben einem gleichmäßigen Inkontaktbringen von Beschickung und Katalysator, erfordert eine kurze Kontaktzeit auch eine gute Trennung zwischen dem Katalysator und den Kohlenwasserstoffen. Der oben beschriebene Stand der Technik lenkt typischerweise das Gemisch aus Katalysator und Dampf in eine Leitung, die mit einer abstromigen Trenneinrichtung in Verbindung steht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung beschränkt weiter die Kontaktzeit zwischen Katalysator und Kohlenwasserstoff in einer Anordnung für das Inkontaktbringen von relativ schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen und fluidisierten Katalysatorteilchen für ultrakurze Zeiträume.
Diese Erfindung liefert eine schnelle Trennung einer Beschickung von einem Katalysatorstrom, indem man den Katalysatorstrom zusammen mit den in Kontakt gebrachten Dämpfen in eine Abscheidezone in im wesentlichen horizontaler Richtung unter Bedingungen von verdünnter Katalysatorphase injiziert und indem man gekrackte Dämpfe von einem oberen Bereich der Zone mit verdünnter Phase unmittelbar abzieht. Horizontale Injektion von verdünnter Phase in ein Abscheidegefäß, kombiniert mit der oberen Entnahme von Dämpfen, leitet eine unmittelbare Schwerkraftabtrennung des Katalysators von den Kohlenwasserstoffdämpfen ein. Durch dieses Verfahren stoppt ein erheblicher Anteil des Kontaktierens zwischen dem Katalysator und den Kohlenwasserstoffen unmittelbar nach der Injektion des Katalysatorstroms in das Abscheidegefäß. Inkontaktbringen der Beschickung mit dem Katalysatorstrom kann an etwa dem gleichen Ort oder in der Nähe des gleichen Ortes wie die Injektion des Katalysatorstroms in das Abscheidegefäß stattfinden. Auf diese Art und Weise können ultrakurze Kontaktzeiten von minimalen Zeiten, die gegen Null gehen, bis hin zu längeren Zeiten gesteuert werden. Anders als im Stand der Technik braucht diese Erfindung keinen Kontakt zu halten, während sich das Gemisch aus Katalysator und Kohlenwasserstoff zusammen vertikal oder horizontal zu einer Trennstufe bewegt.
Demgemäß besteht diese Erfindung in einer Ausführungsform in einem Verfahren zum katalytischen Wirbelschichtkracken einer Kohlenwasserstoffbeschickung. Das Verfahren injiziert Katalysatorteilchen und Kohlenwasserstoffe von einer Injektionsstelle in eine Abscheidezone in einer im wesentlichen horizontalen Richtung. Eine Sammelzone sammelt abfallende Katalysatorteilchen unterhalb der Injektionsstelle. Eine Distanz von wenigstens 5 Fuß (1,5 m) in der Abscheidezone zwischen der Injektionsstelle und der Sammelzone stellt eine Absetzzone für eine dauerhafte Trennung von Katalysator und Kohlenwasserstoffdämpfen bereit. Das Verfahren sammelt aufsteigende Dämpfe und ausgetragene Katalysatorteilchen von einem oberen Bereich der Entladungszone und über führt sie zu einer Trägheitsabscheidezone. Die Trägheitsabscheidezone trennt ausgetragenen Katalysator von den aufsteigenden Dämpfen und liefert einen abgetrennten Dampfstrom und abgetrennten Katalysator. Das Verfahren gewinnt Kohlenwasserstoffe aus einem unteren Bereich der Abscheidezone und dem abgetrennten Dampfstrom.
Typischerweise wird ein Strahl von einer kohlenwasserstoffhaltigen Beschickung – in einer prinzipiell quer verlaufenden Richtung – in eine fließende Schicht von Katalysatorteilchen aufstromig zu der Injektionsstelle und am Rand der Abscheidezone oder außerhalb der Abscheidezone injiziert. Eine besonders geeignete Form dieser Erfindung verwendet ein Standrohr als einen Ort für eine Verteilerdüsenanordnung, die ein Kontaktieren eines kohlenwasserstoffhaltigen Stroms mit einer fallenden Schicht von feinteiligem Material durchführt. Im allgemeinen findet die Injektion des Strahls von kohlenwasserstoffhaltiger Beschickung in die fließende Schicht von Katalysatorteilchen in der geschlossenen Leitung, aber in der Nähe des Ausgangs der Leitung in das Abscheidegefäß statt. Der Ort des Verteilers in dem Standrohr wird typischerweise die Abgabe des Gemisches aus Fluid und Feststoffen direkt aus dem Verteiler in das Abscheidegefäß bei einer für die Durchführung dieser Erfindung geeigneten Höhe erlauben. Eine Standrohrverteileranordnung kann raumsparend in der Nähe der Verbindung der meisten Standrohre mit dem Abscheidegefäß eingebaut sein.
In einer Ausführungsform des Apparates umfaßt diese Erfindung einen Abscheidegefäßbereich und Katalysator und einen Beschickungsschütz zum Injizieren der Beschickung und des Katalysators von einer Injektionsstelle in den Abscheidegefäßbereich in einer im wesentlichen horizontalen Richtung. Der Beschickungsschütz injiziert kohlenwasserstoffhaltige Beschickung in einen fließenden Strom von Katalysator, um die Beschickung und den Katalysator der Injektionsstelle zuzuführen. Ein Sammelgefäßbereich, der unter dem Abscheidegefäßbereich und wenigstens 5 Fuß (1,5 m) unter der Injektionsstelle angeordnet ist, sammelt ein dichtes Bett aus Katalysator aus dem Abscheidegefäßbereich. Ein Trägheitsabscheider, der über dem Abscheidegefäßbereich angeordnet ist, ist in direkter Verbindung mit einem oberen Bereich des Abscheidegefäßbereichs, um Kohlenwasserstoffe von Katalysatorteilchen, die mit den Kohlenwasserstoffen von dem Abscheidegefäßbereich aufsteigen, abzutrennen. Ein Katalysatorauslaß, der von dem Trägheitsabscheider definiert wird, gewinnt abgetrennte Kohlenwasserstoffe von dem Trägheitsabscheider.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer FCC-Apparatur, die eine Anordnung für eine kurze Kontaktzeit gemäß dieser Erfindung aufweist.
2 ist eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 in 1.
3 ist eine schematische Darstellung einer FCC-Apparatur, die eine alternative Anordnung für eine kurze Kontaktzeit gemäß dieser Erfindung aufweist.
4 ist eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie 4-4 in 3.
5 ist eine Schnittdarstellung eines Standrohrleitungsbereichs, der einen Schütz für die Verwendung in dieser Erfindung enthält.
6 ist eine Schnittdarstellung des Standrohrleitungsbereichs entlang der Linie 6-6 in 5.
7 ist eine Vorderansicht eines Beschickungsverteilers entlang der Linie 7-7 in 5.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung kann in Kombination mit jeder Art von feinteiligem Material verwendet werden. Das Material kann in Gegenwart des feinteiligen Fluidmaterials inert oder reaktiv sein. Eine weite Vielzahl inerter und katalytischer Materialien ist zweckmäßig für diese Erfindung. Beispielsweise umfaßt in abbauenden Destillationsverfahren ein geeignetes inertes Material ein alpha-Aluminiumoxid. FCC-Anwendungen dieses Verfahrens können irgendeinen der bekannten Katalysatoren einschließen, die auf dem Gebiet des Wirbelschichtkrackens eingesetzt werden. Diese Zusammensetzungen schließen amorphe Katalysatoren vom Tontyp ein, die meistenteils durch hochaktive kristalline Aluminiumoxid-Kieselsäure- oder zeolithhaltige Katalysatoren ersetzt wurden. Zeolithhaltige Katalysatoren sind bevorzugt gegenüber Katalysatoren vom amorphen Typ wegen ihrer höheren Eigenaktivität und ihres höheren Widerstands gegen die deaktivierenden Wirkungen eines Aussetzens an Wasserdampf mit hoher Temperatur und eines Aussetzens an die Metalle, die in den meisten Beschickungsmaterialien enthalten sind. Zeolithe sind die am häufigsten verwendeten kristallinen Aluminosilikate und sind üblicherweise in einem porösen anorganischen Trägermaterial, wie Kieselsäure, Aluminiumoxid oder Zirkonium, verteilt. Diese katalytischen Zusammensetzungen können einen Zeolithgehalt von 30% oder mehr haben. In dem Verfahren verwendete Zeolithkatalysatoren werden vorzugsweise einen Zeolithgehalt von 25 bis 80 Gew.-% des Katalysators haben. Die Zeolithe können auch mit Seltenerdelementen stabilisiert sein und 0,1 bis 10 Gew.-% der Seltenen Erden enthalten.
Obwohl sie primär für die Verwendung in FCC-Einheiten vorgesehen ist, kann diese Erfindung auch für irgendein Verfahren brauchbar sein, bei dem kohlenwasserstoffhaltige Ströme mit einem fluidisierten feinteiligen Strom für kurze Zeitdauern in Kontakt gebracht werden sollen. Diese Verfahrenstypen, in denen diese Erfindung angewendet werden kann, schließen das Kontaktieren von Katalysator mit Restbeschickungen und das destruktive Behandeln von Beschickung mit hohem Asphaltengehalt mit bei hoher Temperatur inerten oder katalytischen Teilchen ein. Geeignete flüssige Medien für diese Erfindung schließen jeden flüssigen Strom ein, der in den Verteiler wenigstens teilweise als eine Flüssigkeit eintritt und der durch Kontakt mit dem feinteiligen Material weiter verdampft wird. Eine Beschickung für eine destruktive Behandlung wird stark hitzebeständige rohe Produkte mit Siedepunkten, die sich über weite Bereiche erstrecken, und mit hohen Konzentrationen von Metallen und Koks umfassen. Beispielsweise hat ein typisches Rohprodukt einen Siedepunkt, der im Bereich von 116° – 815°C (240° – 1575°F) liegt, wobei mehr als die Hälfte des Flüssigkeitsvolumens oberhalb 538°C (1000°F) siedet. Für die FCC-Verfahren enthalten Beschickungen, die zur Verarbeitung nach der Methode dieser Erfindung geeignet sind, herkömmliche FCC-Beschickungen und höher siedende oder Restbeschickungen. Die üblichste der herkömmlichen Beschickungen ist ein Vakuumgasöl, das typischerweise ein Kohlenwasserstoffmaterial mit einem Siedebereich von 343° – 552°C (650° – 1025°F) ist und das durch Vakuumfraktionierung eines Atmosphärenrestes hergestellt wird. Diese Fraktionen werden allgemein einen niedrigen Gehalt an Koksvorläufern und Schwermetallen, die den Katalysator deaktivieren können, aufweisen. Schwere oder Restbeschickungen, d. h. solche, die einen Siedebereich über 500°C (930°F) haben und die einen hohen Metallgehalt besitzen, finden auch vermehrt Verwendung in FCC-Einheiten.
Wenn man sie in katalytischen Verfahren verwendet, dienen sowohl die Metalle als auch der Koks dazu, den Katalysator durch Blockieren aktiver Stellen auf den Katalysatoren zu deaktivieren. Um seine deaktivierenden Wirkungen zu überwinden, kann Koks bis zu einem gewünschten Grad durch Regenerierung entfernt werden.
1 zeigt eine FCC-Anordnung, die gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist. Die in 1 gezeigte FCC-Anordnung besteht aus einem Reaktor 10, der einen Abscheidegefäßbereich 11, einen Sammelgefäßbereich 14 und einen Abscheider 13 umfaßt. Der Abscheider 13 umfaßt einen Abscheidegefäßbereich 12 und ein Steigrohr 15. Die Anordnung zirkuliert Katalysator und kontaktiert Beschickung in der hier nachfolgend beschriebenen Weise.
Blickt man nunmehr auf das Arbeiten der Reaktionszone, so tritt frisch regenerierter Katalysator, verbrauchter Katalysator oder ein Gemisch hiervon durch eine Düse 16, die typischerweise mit dem Ende eines Standrohres für regenerierten Katalysator in Verbindung steht, ein. Beschickung wird in die Standrohrdüse 16 durch eine Beschickungsinjektionsdüse 17, die mit dem Katalysator in Kontakt ist, vorzugsweise durch einen Schütz, wie hierin weiter beschrieben, injiziert. Nach oder gleichzeitig mit dem Kontakt zwischen der Beschickung und den Kohlenwasserstoffen treten die Beschickung und Katalysatorteilchen von einer Injektionsstelle 18 aus in den Abscheidegefäßbereich 11 ein.
Ein Kontakt des Katalysators und der Beschickung erzeugt einen konzentrierten Katalysatorstrom, der in den Abscheidebehälterbereich 11 entlang eines im wesentlichen horizontalen Fließweges strömt. Der im wesentlichen horizontale Fließweg ist so definiert, daß er einen Fließweg bedeutet, der wenigstens eine horizontale Hauptkomponente hat. Die prinzipielle Richtung des Katalysatorstroms, wie er in das Abscheidegefäß eintritt, wird in erster Linie die Eintrittsbahn der Beschickung und des Kohlenwasserstoffstroms vorgeben. Daher wird der Kohlenwasserstoffstrom in einem Winkel, der in 1 als A gezeigt ist, von 60° oder weniger in das Abscheidegefäß gerichtet werden, um zu gewährleisten, daß der Impuls des Katalysators das Gemisch aus Katalysator und Kohlenwasserstoff in einer im wesentlichen horizontalen Richtung durch das Abscheidegefäß bewegt. Die im wesentlichen horizontale Abgabe von der Abscheidestelle fördert eine rasche Abscheidung des dampfförmigen Kohlenwasserstoffstroms von den relativ schwereren Katalysatorteilchen. Eine schnelle Abscheidung erfordert auch einen vertikalen Raum für einen ungehinderten Durchtritt der aufsteigenden Dämpfe nach oben durch das Abscheidegefäß 11. Zu diesem Zweck wird der Abscheidegefäßbereich ein im wesentlichen offenes Volumen 19 über der Injektionsstelle und vielleicht, noch wichtiger, ein offenes Volumen 20 unter der Injektionsstelle 20 aufweisen. Offenes Volumen 20 ist als ein Bereich der verdünnten Katalysatordichte oberhalb einer Katalysatorgrenzfläche 21, gezeigt als Abmessung B in 1, definiert. Die Abmessung B wird ein Minimum von wenigstens 1,5 m aufweisen und typischer 2 bis 3,6 m betragen. Die Bedingungen von verdünnter Phase beziehen sich auf eine Katalysatordichte von weniger als 300 kg/m³ und typischer auf eine Dichte von weniger als 150 kg/m³. Die Katalysatordichte in offenen Volumina 19 und 20 wird mit der Nähe zu dem Beschickungs- und Katalysatorberührungspunkt variieren. Gewöhnlich wird die Dichte des offenen Volumens einen Mittelwert von 80 kg/m³ nicht überschreiten und typischerweise wird sie eine mittlere Katalysatordichte von weniger als 48,4 kg/m³ haben. Katalysator aus offenen Volumina 19 und 20 sammelt sich in einem dichten Bett 22 in der Sammelzone 14. Bedingungen dichter Phase sind durch eine Schüttdichte des Katalysators in einem Bereich von 240 bis 800 kg/m³ gekennzeichnet. So hält das dichte Bett der Sammelzone 22 typischerweise Katalysatorteilchen in einer Dichte von mindestens 240 kg/m³ und typischer werden Katalysatorteilchen in einer Dichte von 730 kg/m³ oder mehr gehalten. Der Abstand B über die Abscheidezone 11 kann auch als Absetzzone dienen, wo sich der Katalysator von den aufsteigenden Dämpfen abscheidet und absetzt.
Die Sammelzone 14 kann als eine Strippzone für die Gewinnung von ausgetragenen und adsorbierten Kohlenwasserstoffen von Katalysator, der in die Sammelzone 14 eintritt, dienen. Strippgas tritt durch eine Düse 23 und einen Verteiler 24 in die Sammelzone 14 ein. Ein dispergiertes Strippgas, wie beispielsweise Wasserdampf, steigt aufwärts durch den Katalysator auf. Eine Reihe von Gittern kann eine Neuverteilung des Strippmediums und von gestrippten Kohlenwasserstoffen liefern, während sie aufwärts durch das Bett 22 hindurchtreten. Eine Düse 26 zieht den gestrippten Katalysator für eine Regenerierung in einem (nicht gezeigten) Regenerierungsgefäß und/oder zum Recyceln zu der Düse 16 für ein erneutes Inkontaktbringen von Katalysator mit der Beschickung ab. Die gegebenenfalls erfolgende Zugabe von heißem regeneriertem Katalysator zu dem Bett 22 kann das Strippen durch Erhöhen der Temperatur in der Strippzone erleichtern. Heißer Katalysator kann über der Bettgrenzfläche 21 durch eine Düse 27 in die Strippzone eintreten. Alternativ kann ein verlängerter Bettbereich 22' mit einer höheren Katalysatorgrenzfläche 21' aufrecht erhalten werden, um den Katalysator mit dichter Phase über der Eintrittsstelle des regenerierten Katalysators durch die Düse 27 zu halten, vorausgesetzt die minimale Abscheidelänge ist zwischen der Injektionsstelle 18 und dem Bettniveau 21' vorgesehen.
Es ist auch durch nicht gezeigtes Drosseln möglich, gewonnene gestrippte Kohlenwasserstoffe von einem tieferen Bereich des Betts 22 zu isolieren. Die Abscheidung der gestrippten Kohlenwasserstoffe kann unterschiedliche Produktströme für eine abstromig erfolgende Trennung und Gewinnung vorsehen. Die längere Kontaktzeit der Kohlenwasserstoffe, die in die Sammlung eintreten, kann die Eigenschaften der aus dieser Zone gewonnenen gekrackten Kohlenwasserstoffe wesentlich verändern. Eine separate Gewinnung eines Stroms aus der Strippzone kann eine unabhängige Gewinnung eines isolierten Produktstroms aus einem oberen Bereich des Abscheidegefäßes 11 erleichtern.
Jedoch werden das Strippmedium sowie die gestrippten Kohlenwasserstoffe für gewöhnlich durch das Abscheidegefäß 11 aufsteigen und sich mit den abgeschiedenen Kohlenwasserstoffen vereinigen, die mit dem Katalysatorstrom aus der Düse 16 eintreten. Da die Dämpfe und ausgetragener Katalysator durch die Abscheidezone 19 aufsteigen, reduziert ein Übergangsabschnitt in der Form eines Kegelstumpfes 28 den Fluidflußbereich und erhöht die Geschwindigkeit der Gase, wenn sie in die Steigleitung 15 einteten. Die Bedingungen in der Abscheidezone 19, dem Kegel 28 und dem Steigrohr 15 werden oftmals auf als rasch fluidisierte Bedingungen bezeichnet, bei welchen die aufwärts gerichtete Katalysatortransfergeschwindigkeit im Bereich zwischen 6 und 18 m/Sek. mit einem Dichtebereich von 65 bis 550 kg/m³ liegen kann.
Die aufsteigenden Kohlenwasserstoffe und zusätzlich ausgetragener Katalysator werden aufwärts in eine Trägheitstrennvorrichtung aufsteigen, die mit einem Paar von Armen 29 jeweils mit tangential ausgerichteten Öffnungen 30 versehen ist. Die Arme 29 liefern eine Trägheitstrennung durch Zentripetalbeschleunigung der relativ schweren Katalysatorteilchen, die rasch den meisten Katalysator aus den Kohlenwasserstoffdämpfen entfernt. Die Angabe von tangential orientierten Öffnungen zur Bereitstellung einer zentripetalen oder zyklonischen Trennung soll nicht bedeuten, daß andere Trägheitstrenneinrichtungen ausgeschlossen sind, wie jene, die eine ballistische Trennung von Teilchen aus den Kohlenwasserstoffdämpfen anwenden. Gekrackte Kohlenwasserstoffe mit Spurenmengen von Katalysator verlassen die Trennvorrichtung 13 durch einen Auslaß 31.
Kohlenwasserstoffdämpfe vom Auslaß 31 werden in den meisten Fällen weiterer Trennung für die Gewinnung der Spurenmengen an Katalysatorteilchen unterzogen werden. Zyklontrenneinrichtungen liefern normalerweise die zweite Trennung der restlichen Katalysatorteilchen. Katalysatorteilchen, die aus zusätzlichen Trennvorrichtungen gewonnen wurden, können zu der Sammelzone 14 über eine Düse 32 zurückkehren. Nach einer zusätzlichen Katalysatorrückgewinnung werden Produkte typischerweise zu einer Trennzone (nicht gezeigt) für die Entfernung leichter Gase und schwerer Kohlenwasserstoffe aus den Produkten überführt.
Aus der Trägheitstrenneinrichtung 13 gewonnener Katalysator sammelt sich in einem Bett 33 für eine Rückführung in das Bett 22 in der Sammelzone 14. Katalysator kann von dem Bett 33 zu der Sammelzone 14 durch ein oder mehrere innere oder äußere Standrohre 34 strömen. 1 zeigt eine Anordnung von inneren Standrohren 34, die Katalysator von dem Bett 33 in Isolation von den offenen Volumina 19 und 20 in die Abscheidezone 11 zurückführt. Die Unterseiten 35 der Standrohre 34 werden typischerweise in das Bett 22 eingetaucht. Das Eintauchen der Standrohrunterseiten 35 verhindert den Rückfluß von gestippten Dämpfen durch die Standrohre und in die getrennten Dämpfe, die sich an der Oberseite der Trennzone 13 sammeln.
Innere Standrohre 34 haben eine Anordnung, die eine klare Bahn für den eingespritzten Kohlenwasserstoff und die Katalysatorteilchen beim Eintritt in die Abscheidezone 11 aus der Injektionsstelle 18 ergibt. Wie es klarer in 2 gezeigt ist, wird der Abstand innerer Leitungen 34 in dem Bereich der Düse 16 so erhöht, daß ein Abstand zwischen Leitungen 34 gleich der Abmessung C vorliegt. Die Abmessung C wird vorzugsweise wenigstens gleich dem Durchmesser von Düse 16 sein. Durch diese Ausgestaltung haben injizierte Kohlenwasserstoffe und Katalysatorteilchen eine klare Bahn, die sich wenigstens bis zu der Mitte der Abscheidezone 11 erstreckt, wie es durch die Abmessung T gezeigt ist.
Die Konfiguration der Trägheitstrennvorrichtung 13 und die Rückkehr des Katalysators zu der Sammelzone 14 kann auf viele unterschiedliche Wege erreicht werden. 3 zeigt eine alternative Anordnung, die eine sich abwärts erstreckende Leitung 36 zusammen mit einer Trennabdeckung 40 verwendet, um die Gewinnung von abgetrenntem Katalysator von der Trägheitstrennvorrichtung zu erhöhen und den Katalysator zu einem dichten Bett 22'' durch ein äußeres Standrohr 38 zurückzuführen. Die Vorrichtung von 3 arbeitet in ähnlicher Weise wie die Apparatur, die in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Die Hauptunterschiede sind die Einführung einer zusätzlichen Veränderung in der Dampfrichtung, wenn Dampf aufwärts in den Abscheidegefäßbereich 11' geht, und eine weitere Trennung von Katalysatorteilchen aus den Kohlenwasserstoffdämpfen, bevor das Gemisch die Trennzone 13' verläßt. Spezieller werden Kohlenwasserstoffe, die von der Injektionsstelle 18' in den Abscheidegefäßbereich 11' eintreten, weiter von den eintretenden Katalysatorteilchen abgetrennt, wenn die Dämpfe zu einer Öffnung 39 strömen, die die anfangs abgetrennten Kohlenwasserstoffdämpfe aufnimmt. Die Öffnung 39 dient als Trennvorrichtungseinlaß und weist zu einer Seite der Abscheidezone hin, die gegenüber der Seite liegt, von welcher die Katalysatorteilchen und die Kohlenwasserstoffe durch die Injektionsstelle 18' injiziert werden. In dieser Weise verlassen die Kohlenwasserstoffe die Abscheidezone auf einer Seite gegenüber derjenigen, von welcher die Katalysatorteilchen und die Kohlenwasserstoffe injiziert werden.
Kohlenwasserstoffe und ausgetragener Katalysator aus dem Einlaß 39 gehen weiterhin aufwärts durch den Steigrohrabschnitt 15'. Arme 29' geben den Katalysator und ausgetragene Katalysatorteilchen durch Öffnung 30' wiederum tangential ab. Eine Abdeckung 40 liefert eine verengte Öffnung 41 für gewonnene Dämpfe, die aufwärts in einen zweiten Abschnitt 42 der Trennvorrichtung 13' gehen. Gewonnene Kohlenwasserstoffe verlassen wiederum zusammen mit Restkatalysator die Trennzone 13'.
Ein äußeres Standrohr 38 gewinnt Katalysator aus einem Bett 33' und sammelt Katalysator von der inneren Trennvorrichtung 13'. Eine Leitung 38 leitet Katalysator um die Abscheidezone 11' und in das Katalysatorbett 22'' der Sammelzone 14'. Das äußere Standrohr 38' läßt die Abscheidezone 11' vollständig offen für eine Abscheidung von Kohlenwasserstoffdämpfen aus dem Katalysatorstrom.
Der offene Abschnitt der Abscheidezone kann weiter abgesondert werden, um die Trennung der Kohlenwasserstoffe von dem Strom von Katalysatorteilchen zu begrenzen. Wie in 4 gezeigt ist, kann ein Paar von Prallplatten 43 in der Nähe einer Katalysatorleitung 16' angeordnet sein, welche die Katalysatorteilchen und das Beschickungsgemisch in einen zentralen Bereich 44 der Abscheidezone 11' abgibt. Die Abscheidezone 11' kann zusätzlich weiter modifiziert sein, um Leitungen für die Rückführung der Katalysatorteilchen, die außerhalb der Fläche 44' liegen, bereitzustellen. Katalysatorleitungen 46 können in den runden Sektoren an der Außenseite der Prallplatten 43 angeordnet sein.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach dieser Erfindung können anfangs die Beschickung mit regeneriertem Katalysator, carbonisiertem Katalysator oder einem Gemisch der beiden in Kontakt bringen. Das Verfahren kann man mit jeder Art von Regenerierung für die Entfernung von Koks anwenden. Eine Koksentfernung, die gewöhnlich so arbeitet, daß sie Koks von dem Katalysator vollständig entfernt, bezeichnet man allgemein als „vollständige Regenerierung". Vollständige Regenerierung entfernt Koks von dem Katalysator bis zu einer Menge von weniger als 0,2 Gew.-% oder bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-% und/oder stärker bevorzugt weniger als 0,05 Gew.-% Koks.
Regenerierter Katalysator wird eine wesentlich höhere Temperatur haben als carbonisierter Katalysator. Regenerierter Katalysator, der gewöhnlich in die regenerierte Leitung 16 eintritt, wird eine Temperatur im Bereich von 590 bis 760°C haben, und typischerweise wird die Temperatur im Bereich von 650 bis 760°C liegen. Wenn das Katalysatorgemisch mit der Beschickung in Kontakt kommt, sammelt der Katalysator Koks auf den Katalysatorteilchen an und hat eine niedrigere Temperatur. Die Temperatur des carbonisierten Katalysators wird gewöhnlich im Bereich von 480 bis 620°C liegen, doch wird seine Temperatur abhängig von seiner Quelle variieren.
Eine bevorzugte Standrohr- und Beschickungsinjektionsanordnung für diese Erfindung ist in 5 gezeigt. 5 zeigt einen Schütz 115, welcher die Beschickung in Ströme feiner flüssiger Tröpfchen zerstäubt. Ein Flansch 111 am Ende der Leitung 17 hält gewöhnlich den Schütz 115 in der Leitung 17. Gemeinsam liefern die von dem Schütz 115 produzierten Ströme eine lineare Anordnung des Katalysators, der mit einem fallenden Vorhang von Katalysator, der durch einen Auslaß 114 einer Schütte 113 gebildet wird, in Kontakt tritt.
Kontakt der Beschickung mit dem Katalysator erzeugt eine rasche Verdampfung und eine hohe Geschwindigkeit der Katalysatorabgabe in den Abscheidebehälter. Kontakt zwischen der Beschickung und Katalysator krackt die schwereren Kohlenwasserstoffe in leichtere Kohlenwasserstoffe und erzeugt Koks an den aktivsten Katalysatorstellen auf dem Katalysator. Das quer verlaufende Kontaktieren der Beschickung mit dem vertikal fallenden Katalysatorvorhang erzeugt eine günstige Bahn des Gemisches aus Katalysator und Beschickung in den Abscheidebehälter. Die Beschickung kontaktiert vorzugsweise den Vorhang von fallendem Katalysator in einer Querrichtung, um eine schnelle Kontaktierung zwischen der Beschickung und den Katalysatorteilchen zu bekommen. Zum Zwecke dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "quer verlaufend kontaktieren", daß die Beschickung nicht parallel zu der Richtung des Fallens des Vorhangs verläuft. Die Katalysatorteilchen fließen nach Injektion des Kohlenwasserstoffstrahls typischerweise weniger als 1,5 m durch die Leitung 17 und vorzugsweise weniger als 0,3 m vor der Injektion von der Injektionsstelle in die Abscheidezone.
Wie durch die 5 und 6 gezeigt ist, ist eine Schütte 113 an der Innenseite der Leitung 116 fixiert, und die Öffnung 114 hat gewöhnlich eine rechteckige Form. Die Schütte wird gewöhnlich eine Breite gleich der oder größer als die Hälfte der Breite der Leitung 16 haben. Katalysator für die Abgabe tritt in die Leitung 16 von einem Steuerventil, d.h. typischerweise einem (nicht gezeigten) Absperrventil, aus ein. Das Steuerventil reguliert die Fließgeschwindigkeit von Katalysator in die Schütte 113. Die Abgabegeschwindigkeit des Katalysators vom Auslaß 114 kann durch Zusatz von Fluiden aufstromwärts der Abdeckung 113 gesteuert werden.
Der Schütz 115 wird ein Sprühbild erzeugen, das mit der Geometrie des fallenden Vorhangs kompatibel ist. Wo der fallende Vorhang eine lineare Form hat, wie in den Figuren gezeigt ist, wird der Beschickungsinjektor allgemein ein horizontales Bild von zerstäubter Flüssigkeit erzeugen. Demnach wird in einer typischen Anordnung die Beschickung in einer im wesentlichen quer verlaufenden Richtung in Bezug auf den Katalysatorvorhang abgegeben. Im wesentlichen quer verlaufender Kontakt wird verwendet, um den Fall zu beschreiben, wo die Hauptrichtung des Katalysatorflusses einen Winkel von wenigstens 30° und vorzugsweise von wenigstens 45° zwischen der Hauptrichtung, mit der der Schütz 115 die Beschickung in die Schicht oder den Vorhang von Katalysator einspitzt, einschließt. Vorzugsweise strömt die Beschickung senkrecht in den Kontakt mit einem sich abwärts bewegenden Katalysatorvorhang. Wenn sie mit dem fallenden Katalysatorvorhang in Kontakt tritt, wird die Beschickung typischerweise eine Geschwindigkeit größer als 0,3 m/Sek. und eine Temperatur im Bereich von 150 bis 320°C haben.
Die Düsen des Schützes 115 sind so bemessen, daß sie Strahlen mit einer Fluidgeschwindigkeit aus den Öffnungen in einem Bereich von 9 bis 120 m/Sek. erzeugen, und vorzugsweise wird die Geschwindigkeit im Bereich von 30 bis 90 m/Sek. liegen. Gemäß typischer FCC-Praxis verläßt die Beschickung die Düsenöffnungen in dem Schütz 115 als ein Spray.
Die Verteilung der Beschickung in feine Tröpfchen wird gefördert, indem der Flüssigkeit genügend Energie verliehen wird. In einigen Fällen wird diese Erfindung mit einer Zugabe eines gasförmigen Verdünnungsmittels, wie beispielsweise Dampf, zu der Beschickung vor der Abgabe durch die Öffnungen durchgeführt. Die Zugabe von gasförmigem Material kann die Zerstäubung der Beschickung unterstützen. Eine Mindestmenge von gasförmigem Material, gewöhnlich entsprechend etwa 0,2 Gew.-% des vereinigten flüssigen und gasförmigem Gemischs, wird typischerweise mit der Flüssigkeit vermengt, bevor sie durch die Düsen abgegeben wird. Typischerweise beträgt die Menge an zugesetztem Wasserdampf 5 Gew.-% oder weniger des vereinigten gasförmigen und flüssigen Gemischs. Zerstäubung wird bei den meisten Flüssigkeiten Tröpfchen in einem Größenbereich von 50 bis 750 Mikrometern erzeugen.
7 zeigt eine sich linear erstreckende Anordnung von Düsen 123, die sich über die Vorderseite des Schützes 115 erstrecken. Die Düsen 123 sind so ausgerichtet, daß sie ein zerstäubtes Gemisch von Fluiden direkt aus dem Schütz 115 in ein gerades Fließbild von den zentraler liegenden Düsen aus bildet. Jene Düsen 123, die mehr zur Außenseite der Anordnung hin angeordnet sind, können in solch einem Winkel angeordnet sein, daß die injizierte zerstäubte Flüssigkeit über einen weiteren Bereich ausgerichtet wird und ein gleicher Abstand zwischen den Strahlen erhalten wird. Düsen 123 können auf diese Weise in einem Winkel angeordnet sein, um irgendeine Länge oder Gestaltung eines Katalysatorfließbildes oder einer Katalysatorverteilung abzudecken.

Claims

Verfahren für das katalytische Wirbelschichtkracken einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Einspeisung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a) Injizieren eines Strahls einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Einspeisung in hauptsächlich transversaler Richtung in eine fließende Schicht von Katalysatorteilchen stromaufwärts von einer Injektionsstelle (18), die an der Peripherie einer Abscheidezone (20) oder außerhalb einer Abscheidezone (20) gelegen ist; b) Injizieren von Katalysatorteilchen und Kohlenwasserstoffen von der Injektionsstelle (18) in eine Abscheidezone (20) in im Wesentlichen wagrechter Richtung, wobei die Abscheidezone (20) ein im Wesentlichen offenes Volumen (19) über und unter der Injektionsstelle (18) und eine durchschnittliche Katalysatordichte von weniger als 80 kg/m³ aufweist; c) Auffangen von abfallenden Katalysatorteilchen in einer Auffangzone (22) unter der Injektionsstelle (18) und Aufrechterhalten eines Absetzabstands (13) von mindestens 1,5 m in der Abscheidezone (20) zwischen der Injektionsstelle (18) und der Auffangzone (22), wobei die Auffangzone eine Katalysatordichte von mindestens 240 kg/m³ aufweist; d) Auffangen von aufsteigenden Dämpfen und mitgerissenen Katalysatorteilchen aus dem im Wesentlichen offenen Volumen (19), das über der Injektionsstelle (18) gelegen ist, und Übertragen der aufsteigenden Dämpfe und mitgerissenen Katalysatorteilchen in eine Prallabscheidzone (29) und Abtrennen von mitgerissenem Katalysator von den aufsteigenden Dämpfen unter Bereitstellung eines getrennten Dämpfestroms und eines getrennten Katalysators; und e) Wiedergewinnen von Kohlenwasserstoffen aus einem unteren Teil der Abscheidezone (20) und des getrennten Dämpfestroms.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kohlenwasserstoffe, die aus dem unteren Teil der Abscheidezone (20) wiedergewonnen worden sind, aufwärts zum Prallabscheider (29) strömen und als Teil des abgetrennten Dämpfestroms wiedergewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der abgetrennte Katalysator zusammen mit dem abfallenden Katalysator sich in einer gemeinsamen Abstreifzone (22) ansammelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der abgetrennter Katalysator sich über der Abscheidezone (20) ansammelt und von den aufsteigenden Dämpfen isoliert abwärts in die Sammelzone (22) strömt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Injizierung des Strahls Kohlenwasserstoffe enthaltender Einspeisung in die strömende Schicht von Katalysatorteilchen in einer geschlossenen Leitung (16, 17) stattfindet und die Katalysatorteilchen auf die Injizierung des Strahls von Kohlenwasserstoffen hin vor der Injektion in die Abscheidezone (20) weniger als 1,5 m von der Injektionsstelle (18) durch die Leitung fließen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein wiederaufbereiteter Katalysatorstrom in die Abscheidezone (20) oder die Sammelzone (22) unterhalb der Injektionsstelle (18) durch einen Einlass (27) für wiederaufbereiteten Katalysator eintritt und wobei das Absetzen des Katalysators in einer Absetzzone (22) stattfindet, die sich unterhalb des Einlasses für wiederaufbereiteten Katalysator (27) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aufsteigenden Dämpfe und mitgerissenen Katalysatorteilchen in den Prallabscheider (29) durch einen Abscheidereinlass (39) eintreten, der eine Öffnung aufweist, die einer Seite der Abscheidezone (20) auf der entgegengesetzten Seite gegenüberliegt, von der her die Katalysatorteilchen und Kohlenwasserstoffe injiziert werden.
Apparat für das schnelle Kontaktieren von teilchenförmigem Katalysator mit einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Einspeisung, wobei der Apparat Folgendes umfasst: einen Abscheidegefäßteil (20); einen Katalysator- und Einspeisekontaktor (114, 115) für das Injizieren einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Einspeisung in einen fließenden Strom von Katalysator und Injizieren der Einspeisung und des Katalysators in den Abscheidegefäßteil (20) in einer im Wesentlichen wagrechten Richtung von einer Injektionsstelle (18), die durch den Einspeisekontaktor (114, 115) definiert wird, wobei der Katalysator und der Einspeisekontaktor (114, 115) die Kohlenwasserstoffeinspeisung in eine strömende Schicht Katalysator in einer im Wesentlichen transversalen Richtung an einer Stelle injiziert, die sich mit Bezug auf die Katalysatorströmung stromaufwärts von der Injektionsstelle (18) befindet; einen Auffanggefäßteil (22), der sich unter dem Abscheidegefäßteil liegend und mindestens 1,5 m unter der Injektionsstelle (18) für das Auffangen eines dichten Beds Katalysator befindet; einen Prallabscheider (29), der sich über dem Abscheidegefäßteil (20) liegend und in direkter Kommunikation mit einem oberen Teil des Abscheidegefäßteils (20) befindet, um Kohlenwasserstoffe von den Katalysatorteilchen zu trennen, die mit den Kohlenwasserstoffen von dem Abscheidegefäßteil (20) aufsteigen; und einen Auslass (31) für die Wiedergewinnung von abgeschiedenen Kohlenwasserstoffen aus dem Prallabscheider.
Apparat nach Anspruch 8, wobei mehrere Leitungen (39) sich senkrecht durch den Abscheideteil (20) hindurch erstrecken und in einer Orientierung im Abstand gehalten werden, die eine klare Bahn für mindestens den halben Durchmesser des Abscheidegefäßteils (20) vor der Injektionsstelle (18) hinterlässt.
Apparat nach Anspruch 8, wobei der Prallabscheider (29) einen horizontal hervorstehenden Einlass (39) definiert, der sich auf eine Seite der Abscheidezone (20) hin öffnet, die der Seite gegenüberliegt, von der aus der die Katalysatorteilchen und Kohlenwasserstoffe injiziert werden.