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Die
Erfindung bezieht sich auf ein katalytisches Crack-Reaktor-Wirbelbettgefäß (FCC),
das Mittel aufweist, um zu vermeiden, daß sich auf der Oberfläche des
Behälterinneren
und der Behälterwände Koks
bildet. Die Erfindung bezieht sich speziell auf ein Verfahren zum
Nachausstatten existierender FCC-Reaktorgefäße, derart, daß ein Reaktorgefäß erhalten
wird, das im Betrieb in seinem Inneren und auf den Behälterwänden einer
geringeren Koksbildung unterliegt.
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Die
US-A-4,961,863 beschreibt ein FCC-Reaktorgefäß mit Zyklonmitteln an seinem
oberen Ende, um Katalysatorteilchen vom Abgas eines katalytischen
Dünnphasen-Crack-Reaktorrisers
zu trennen, wobei die Zyklonmittel in Fluidverbindung mit dem stromabwärtigen Teil
des Reaktorrisers stehen, wobei sie ferner in Fluidverbindung mit
Mitteln zum Austragen der gereinigten Reaktorriser-Abgase aus dem Gefäß und in
Fluidverbindung mit Tauchrohrmitteln zur Abgabe des abgesonderten
Katalysators am unteren Ende des Gefäßes stehen. Eine Sekundärgas-Abgabeöffnung ist
im allgemeinen zwischen oder nach den Trennmitteln vorhanden, um
zu ermöglichen,
daß Gase,
die in dem Reaktorgefäß vorhanden
sind, aus dem Reaktorgefäß gemeinsam
mit dem gereinigten Reaktorriser-Abgas ausgetragen werden. Eine
solche Konfiguration, bei welcher diese Mittel in Fluidverbindung
stehen, resultiert in kürzeren
Kontaktzeiten und einem geringen Nachcracken und werden als sogenannte
Geschlossen-Zyklone oder geschlossen gekuppelte FCC-Reaktorausbildungen
bezeichnet.
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Im
Betrieb tendiert der Koks dazu, beispielsweise auf der Oberseite
der Trennmittel eines FCC-Reaktorgefäßes einen Niederschlag zu bilden, wie
beispielsweise in dem US-A-4961863. Dies ist besonders dann der
Fall, wenn eine FCC-Einheit mit schwererem Einsatz arbeitet als
jenem, für
den sie ausgebildet war. Dies ist deshalb der Fall, weil kleine Mengen
an Koksvorläufern,
beispielsweise schwere Kohlenwasserstoffe, nicht vollständig von
dem Katalysator in den Trennmitteln abgeschieden werden. Wenn diese
kleinen Mengen an Koksvorläufern
gemeinsam mit dem Katalysator am unteren Ende des Reaktorgefäßes abgegeben
werden, trennen sie sich nahezu unmittelbar von dem Katalysator
und strömen
nach oben in das Reaktorgefäß. Koks
wird gebildet, wenn diese Koksvorläufer mit dem heißen Inneren,
beispielsweise dem Separatormittel, in Berührung kommen.
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Das
Problem der übermäßigen Koksbildung tritt
speziell dann auf, wenn schwere Einsätze in FCC-Reaktorgefäßen verarbeitet
werden, die aus einem konventionellen, nicht geschlossen gekoppelten Design
in ein sogenanntes geschlossen gekoppeltes Design modifiziert worden
sind. Wenn die Koksbildung ein bestimmtes Ausmaß erreicht, können große Teile
des Kokses in das untere Ende des Reaktorgefäßes fallen. Diese großen Koksfragmente
können ihrerseits
die Mittel zum Austragen des Katalysators aus dem Reaktorgefäß blockieren.
Aufgrund einer solchen Blockade muß die FCC-Einheit stillgesetzt werden,
um die Blokkade zu entfernen. Es hat sich gezeigt, daß solche
unvorhergesehenen Abschaltungen bereits nach ein bis zwei Jahren
des Betriebes auftraten. Dies ist sehr unvorteilhaft. Speziell,
wenn in Betracht gezogen wird, daß eine FCC-Einheit ohne unvorhergesehene
Stillstandszeiten viele Jahre hindurch arbeiten sollte, beispielsweise
vier Jahre.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein FCC-Reaktorgefäß zu schaffen,
das im Betrieb für längere Betriebszeiten
bei Abwesenheit von unvorhergesehenen Stillstandszeiten infolge
des vorstehend beschriebenen Koksproblems betrieben werden kann.
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Dieses
Ziel wird mit der folgenden Vorrichtung erreicht.
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Katalytisches
Crack-Reaktor-Wirbelbettgefäß, das an
seinem oberen Ende Mittel zum Abscheiden der Katalysatorteilchen
aus einem Abgas eines katalytischen Dünnphasen-Crack-Wirbelbett-Reaktorrisers aufweist,
wobei die Abscheidemittel in Fluidverbindung mit dem stromabwärtigen Ende
des Reaktorrisers, in Fluidverbindung mit Mitteln zum Austragen
des gereinigten Reaktorriser-Abgases aus dem Gefäß und in Fluidverbindung mit
Mitteln zum Austragen des abgeschiedenen Katalysators am unteren
Ende des Gefäßes stehen,
wobei das Gefäß ferner
an seinem unteren Ende Mittel zum Austragen des Katalysators aus
dem Reaktorgefäß aufweist, wobei
- (a) zwischen der Seitenwand des Gefäßes und den
Abscheidemitteln ein Schild vorhanden ist, das einen Außenraum
zwischen der Gefäßwand und
dem Schild und einen Innenraum innerhalb des Schildes bildet, wobei
der Innenraum in offener Verbindung mit dem unteren Ende des Reaktorgefäßes an dessen
unterem Ende steht, und wobei der Außenraum und der Innenraum über eine
oder mehrere Öffnungen
in Fluidverbindung stehen, und
- (b) Mittel vorgesehen sind, um ein Gas, das arm an Koksvorläufern ist,
dem Außenraum
zuzuführen.
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Mit
der vorliegenden Vorrichtung gemäß der Erfindung
wird eine geringere Koksbildung erreicht. Ohne durch die nachfolgende
Theorie in irgendeiner Weise beschränkt zu sein, wird angenommen,
daß die
Reduzierung der Koksbildung der Tatsache zugeschrieben wird, daß die Koksvorläufer, die
aus den Abscheidemitteln zum unteren Ende des Reaktorgefäßes abgegeben
werden, in den Außenraum
infolge des Überdruckes
eintreten können,
der durch Hinzufügen
des zusätzlichen
Gases, das arm an Koksvorläufern
ist, gebildet wird. Auf diese Weise werden große Stagnationszonen, die in
dem Außenraum
vorhanden sind, signifi kant weniger Koksvorläufer aufweisen, was zu einer
geringeren Koksbildung führt.
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Der
resultierende Strömungsweg
der Koksvorläufer
aus dem unteren Ende des Reaktorgefäßes zu der Sekundärgas-Austragöffnung innerhalb
des Innenraumes ist kürzer
als bei einer Vorrichtung ohne Schild. Daraus resultiert eine kürzere Verweilzeit
der Koksvorläufer
und dementsprechend wird im Innenraum weniger Koks gebildet. Infolge
des Vorhandenseins des Schildes tritt innerhalb des Innenraumes
eine größere Turbulenz
auf, wodurch die Koksbildung weiter reduziert wird.
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Das
Schild der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist zwischen der Seitenwand des Gefäßes und den Abscheidemitteln
vorhanden. Der resultierende Innenraum ist in offener Verbindung
mit dem unteren Ende des Reaktorgefäßes, so daß Dämpfe, Koksvorläufer und
gegebenenfalls Strippergas, das im unteren Ende des Gefäßes vorhanden
ist, frei in den Innenraum von unten her eintreten können. Der
Außenraum
steht über
eine oder mehrere Öffnungen
mit dem Innenraum in Fluidverbindung. Diese Öffnungen können im Schild vorhanden sein.
Vorzugsweise wird diese Öffnung
durch einen Raum zwischen der Seitenwand des Reaktorgefäßes und
dem unteren Ende des Schildes gebildet. Bei dieser Konfiguration
treffen das Schild und die Seitenwände des Reaktorgefäßes nicht
aufeinander, was vorteilhaft ist, weil sich offensichtliche konstruktive
Vorteile ergeben. Da sowohl der Außenraum als auch der Innenraum
in Fluidverbindung mit dem unteren Ende des Reaktorgefäßes stehen,
sind der Innenraum und der Außenraum
gemäß dieser
Erfindung in Fluidverbindung.
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Das
Schild kann aus einem im wesentlichen vertikalen, z.B. rohr- oder
kastenförmigen
Wandteil bestehen, der sich vom Dach des Gefäßes bis zu einer Position am
unteren Ende des Gefäßes erstreckt und
die Abscheidemittel horizontal einschließt. Vor zugsweise hat das Schild
rohrförmige
Seitenwände und
ein Dach, wobei das Dach gerade oberhalb der Abscheidemittel positioniert
ist. Dies ist vorteilhaft, weil das Volumen des Innenraumes reduziert
wird, so daß größere Turbulenz
und eine geringere Verweilzeit des Stromes von Koksvorläufern innerhalb
des Innenraumes auftreten.
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Das
zusätzliche
Gas, das arm an Koksvorläufern
ist und das dem Außenraum
hinzugefügt
wird, strömt über die Öffnung(en)
im Schild in den Innenraum und in die Sekundärgas-Austragöffnung.
Die Geschwindigkeit des Gases in diesen Öffnung(en) im Schild sollte
ausreichend hoch sein, um zu vermeiden, daß Koksvorläufer vom unteren Ende des Gefäßes her
in den Außenraum
eintreten. Vorzugsweise beträgt
diese Gasgeschwindigkeit zwischen 1 und 5 m/s und ist vorzugsweise
größer als
2 m/s. Diese Gasgeschwindigkeit kann durch Einstellen des Volumens
des Gases, das arm an Koksvorläufern
ist und aus dem Außenraum
hinzugefügt
wird, und/oder durch Einstellen der Fläche der Öffnungen im Schild erreicht
werden. Beispielsweise kann ein Schild mit einer Öffnung,
die sich in das untere Ende des Reaktorgefäßes öffnet, wie vorstehend beschrieben,
vorteilhaft durch Hinzufügen
eines unteren Schildabschnittes modifiziert werden, der gegen die Gefäßseitenwand
geneigt ist, wodurch die Zone der ringförmigen Öffnung reduziert wird.
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Die
Trennmittel zum Abscheiden des Katalysators aus dem Abgas des katalytischen
Dünnphasen-Crack-Wirbelbett-Reaktorrisers
können
Mittel sein, die dem Fachmann bekannt sind. Insbesondere wird auf „Fluid
catalytic cracking technology and operations", Joseph W. Wilson, PennWell Publishing Company,
Tulsa, 1997, Seiten 104 bis 112, Bezug genommen, welche verschiedene
Abscheidemittel illustriert, die in Kombination mit der vorliegenden
Erfindung geeignet sind. Die Abscheidemittel sind vorzugsweise eine
Kombination aus einem primären und
einem se kundären
Abscheider. Zweckmäßig sind
die primären
Abscheider horizontale Zyklonabscheider, in denen das Abgas tangential
einem horizontal montierten Zylinder zugeführt wird. Ein solcher horizontaler
Zyklon-Abscheider oder Doppeltrommel-Abscheider ist beispielsweise
in dem vorstehend erwähnten
US-A-4,961,863 beschrieben.
Ein anderer sehr zweckmäßiger Primärabscheider
ist ein konventioneller Vertikalzyklon, der entweder mit oder ohne
einem Tauchrohr ausgestattet ist. Vertikalzyklone, die mit einem
Tauchrohr versehen sind, sind hauptsächlich Primärabscheider in FCC-Verfahren, wie
dies in dem vorstehend erwähnten
allgemeinen Textbuch beschrieben ist. Vertikalzyklone ohne Tauchrohr
sind beispielsweise im EP-A-643122 beschrieben. Sekundärabscheider
sind zweckmäßig ein
Vertikalzyklon oder ein Wirbelrohr-Abscheider. Vertikalzyklone,
die mit einem Tauchrohr versehen sind, sind am häufigsten als Sekundärabscheider
in FCC-Verfahren in Verwendung, wie dies in dem vorstehend angeführten Textbuch
dargestellt ist.
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In
einem handelsüblichen
FCC-Verfahren sind zweckmäßig mehr
als ein Primärabscheider
in Fluidverbindung mit dem stromabwärtigen Ende des katalytischen
Dünnphasen-Crack-Wirbelbett-Reaktorrisers. Anderseits
können
mehr als ein Sekundärabscheider
in Fluidverbindung mit einem Primärabscheider sein. Diese Vielzahl
von Abscheidern, die im oberen Teil des Reaktorgefäßes vorhanden
sein kann, resultiert in einer großen Außenflächenzone, auf der eine Koksbildung
auftreten kann. Durch Einschließen
eines großen
Teiles dieser Oberflächenzone
mit dem Schild gemäß der vorliegenden
Vorrichtung der Erfindung ist die Gefahr beträchtlich kleiner, daß eine Koksbildung
auftritt, wie dies vorstehend erläutert wurde.
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Der
Gasauslaß eines
Primärabscheiders kann
das Abgas, das an Katalysator verarmt ist, am oberen Teil des Innenraumes
abgeben. Dieses Gas tritt in eine Gaseinlaßöffnung des Sekundärab scheiders,
die ebenfalls im Innenraum vorgesehen ist. Die Einlaßöffnung des
Sekundärabscheiders
dient auch als Sekundärgas-Austragöffnung.
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Vorzugsweise
sind die Gasauslaßleitung
des Primärabscheiders
und die Gaseinlaßleitung
des Sekundärabscheiders
wie in einer geschlossen gekuppelten FCC-Konfiguration in Fluidverbindung.
Die Sekundärgas-Austragöffnung,
wie vorstehend beschrieben, ist zweckmäßig in der Leitung vorhanden, die
den primären
und den sekundären
Abscheider verbindet. Gegebenenfalls kann die Sekundärgas-Austragöffnung in
der Gasauslaßleitung
des Sekundärabscheiders
vorhanden sein.
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Vorzugsweise
ist eine Stripperzone im unteren Teil des Reaktorgefäßes vorhanden.
In dieser Stripperzone werden die niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffe,
die in dem Katalysator vorhanden sind, in das untere Gefäß ausgetragen
und durch Kontakt mit einem geeigneten Strippermedium, das vorzugsweise
Dampf aufweist, in einem Dichtphasen-Wirbelbett des Katalysators
abgeschieden. Das Strippermedium ist das Wirbelmedium des Wirbelbettes.
Das Strippergas und Kohlenwasserstoffe treten in den Innenraum ein,
um über
die Sekundärgas-Austragöffnung aus
dem Gefäß abgegeben
zu werden. Gegebenenfalls kann ein separates Strippergefäß vorhanden
sein, um weiter Kohlenwasserstoffe aus dem Katalysator zu strippen,
der in dem Reaktorgefäß erhalten
wird. Diese letztere Konfiguration wird gelegentlich als Dreigefäß-FCC-Konfiguration
bezeichnet, wobei der Generator das dritte Gefäß darstellt. In der Dreigefäß-Konfiguration
ist das Gas, das arm an Koksvorläufern
ist und dem Außenraum
hinzugefügt wird,
vorzugsweise das Strippergas, das Kohlenwasserstoffe enthält, wie
es in dem separaten Strippergefäß erhalten
wird. Es hat sich gezeigt, daß der
Gehalt an Koksvorläufern
in diesem Gasstrom ausreichend niedrig ist, um das Gas für diesen
Zweck zu verwenden.
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Abgesehen
von der diskutierten Option für eine
Dreigefäß-Konfiguration,
kann das Gas, das arm an Koksvorläufern ist, ein inertes Gas
sein, beispielsweise Stickstoff oder niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe.
Vorzugsweise wird Dampf verwendet.
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Das
Reaktorgefäß kann zweckmäßig verwendet
werden, um schwerere Einsätze
zu verarbeiten. Diese schweren Einsätze sind dadurch gekennzeichnet,
daß sie
einen Conradson Kohlenstoff von mehr 1 Gew.-% haben, wobei mehr
als 40 Vol.-% ihrer Komponenten einen Siedepunkt von mehr als 475°C haben.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Nachausstatten
eines existierenden katalytischen Crack-Reaktor-Wirbelbettgefäßes, das
an seinem oberen Ende Mittel zum Abscheiden der Katalysatorteilchen
aus dem Abgas eines katalytischen Dünnphasen-Crack-Wirbelbett-Reaktorrisers
aufweist, Mittel zum Austragen des gereinigten Reaktorriser-Abgases
aus dem Gefäß und Mittel
zum Austragen des abgeschiedenen Katalysators am unteren Ende des
Gefäßes, und
an seinem unteren Ende Mittel zum Austragen des Katalysators aus
dem Reaktorgefäß, wobei
ein Schild zu dem bestehenden Reaktorgefäß hinzugefügt wird, um ein Reaktorgefäß zu erhalten,
wie es vorstehend beschrieben wurde. Existierende FCC-Reaktorgefäße, die
beispielsweise für
einen leichten Einsatz ausgebildet sind, können vorteilhaft mit diesem
einfachen Verfahren nachausgestattet werden, um zu einer FCC-Einheit
zu gelangen, die schwerere Einsätze
handhaben kann. Typische FCC-Verfahren, die mit diesem Verfahren
nachausgestattet werden können,
sind beispielsweise in dem vorstehenden allgemeinen Textbuch auf
den Seiten 24 bis 42 beschrieben. Dieses Verfahren des Nachausstattens
ist besonders vorteilhaft, weil ein einfaches Element hinzugefügt wird,
das Schild, wodurch Koksprobleme vermieden werden können, ohne
daß rigorosere
Maßnahmen
ergriffen werden müssen,
wie beispielsweise das Ersetzen des gesamten Reaktorgefäßes durch
einen Re aktor, der speziell für
einen schwereren Einsatz ausgebildet ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von 1 weiter
illustriert.
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1 zeigt
ein katalytisches Crack-Reaktor-Wirbelbettgefäß (1), das Teil einer
Dreigefäß-FCC-Konfiguration
ist. Das Reaktorgefäß (1)
hat an seinem oberen Ende den stromabwärtigen Teil eines katalytischen
Dünnphasen-Crack-Wirbelbett-Reaktorrisers
(2). Zu diesem stromabwärtigen
Teil (2) kommen zwei primäre horizontale Zyklonabscheider (3)
hinzu. Zu diesen Abscheidern (3) wird Abgas in einem horizontal
montierten Zylinder (4) tangential zugeführt. Ein
Primärzyklon
ist in Fluidverbindung mit zwei Sekundärzyklonen (6), von
denen nur einer gezeigt ist. Die Gasauslaßöffnungen (5) des primären Abscheiders
(3) sind in Fluidverbindung mit den Gaseinlässen (nicht
gezeigt) der Sekundärzyklone
(6). Die Sekundärzyklone
(6) sind Vertikalzyklone, die mit einem Tauchrohr (7)
versehen sind. Die Primärzyklone
sind ebenfalls mit einem Tauchrohr (8) versehen. Der Gasauslaß (9)
der Sekundärzyklone
ist mit einer Austragleitung (10) verbunden, über welche
das gereinigte Reaktorriser-Abgas das Reaktorgefäß (1) verläßt. In der
Leitung, welche den primären
und den sekundären
Zyklon verbindet, ist eine Sekundärgas-Austragöffnung vorhanden
(nicht gezeigt), durch welche Gas, das in den Innenraum von unten
eintritt, aus dem Reaktorgefäß über die
Gasauslaßleitungen (9)
und (10) ausgetragen werden kann. Das Reaktorgefäß (1) ist ferner an
seinem unteren Ende mit einer Leitung (11) versehen, um
Katalysator aus dem Reaktorgefäß in ein
Strippergefäß (nicht
gezeigt) auszutragen. Im unteren Ende des Reaktorgefäßes (1)
ist eine Stripperzone (12) vorhanden, die mit Mitteln (13) zum
Zufuhr von Strippergas als Fluidisiermedium versehen ist. Um einen
Teil oder die Gesamtheit der Abscheidemittel (3, 6)
ist ein Schild (14) vorhanden, das eine Öffnung (15)
an seinem unteren Ende hat. Das Schild (14) hat ein flaches
Dach (18), vertikale Wände
(19) und einen geneigten unteren Wandabschnitt (20).
Das Schild (14) umschließt einen Innenraum (16)
von einem Außenraum
(17). Sowohl der Außenraum
als auch der Innenraum sind mit dem unteren Ende (21) in
Verbindung. Eine Zufuhrleitung (22) ist vorhanden, um Gas,
das arm an Koksvorläufern
ist, aus einem separaten Strippergefäß (nicht gezeigt) dem Außenraum
(17) zuzuführen. Dieses
Gas verläßt den Außenraum
(17) über
die Austragöffnung
(23) und strömt über das
untere Ende (21) des Reaktorgefäßes und die Öffnung (15)
in den Innenraum (16).
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Vorzugsweise
ist die Gasauslaßöffnung (22) derart
angeordnet, daß das
Gas, das arm an Koks ist, in das Gefäß (1) tangential eintritt.
Dies ist vorteilhaft, weil ein gutes Mischen von Gas, das arm an
Koks ist, in dem Außenraum
(17) erreicht wird.