DE69002907T2

DE69002907T2 - Vorrichtung und katalytisches crackverfahren für schwere öle.

Info

Publication number: DE69002907T2
Application number: DE90906711T
Authority: DE
Inventors: Hartley Owen
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1989-04-10
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2010-04-11
Also published as: WO1990012077A1; AU5525790A; DE69002907D1; EP0420967B1; EP0420967A1; AU627306B2; US4917790A; CA2029909A1; JPH03505345A; EP0420967A4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein katalytisches Wirbelschichtcrackverfahren, bei dem ein zweistufiger heißer Stripper zwischen dem Reaktor und dem Regenerator für den Katalysator angeordnet ist.
Das katalytische Cracken stellt die Stütze vieler Raffinerien dar. Es wandelt hochsiedende Beschickungen in geringersiedende Produkte um, indem große Moleküle katalytisch zu kleineren Molekülen gecrackt werden. Das katalytische Cracken arbeitet ohne Wasserstoff Zusatz bei geringem Druck, dies steht im Gegensatz zum Hydrocracken, das bei einem hohen Partialdruck des wasserstoffs arbeitet. Das katalytische Cracken ist an sich sicher, da es während des Crackverfahrens tatsächlich mit sehr wenig Öl im Bestand arbeitet.
Es gibt zwei grundsätzliche Varianten des katalytischen Crackverfahrens: das Bewegtbettverfahren und das weit bekanntere und wirksamere Wirbelbettverfahren.
Beim Verfahren zum katalytischen Wirbelschichtcracken (FCC) zirkuliert der Katalysator, der eine Partikelgröße und Farbe aufweist, die Speisesalz und Pfeffer ähnelt, zwischen dem Crackreaktor und dem Regenerator für den Katalysator. Im Reaktor kommt die Kohlenwasserstoffbeschickung mit einer Quelle des heißen regenerierten Katalysators in Kontakt. Der heiße Katalysator verdampft und crackt die Beschickung bei 425ºC-600ºC, üblicherweise 460ºC-560ºC. Die crackreaktion scheidet kohlenstoffhaltige Kohlenwasserstoffe oder Koks auf dem Katalysator ab, wodurch dieser Katalysator deaktiviert wird. Die gecrackten Produkte werden vom verkokten Katalysator abgetrennt. Der verkokte Katalysator wird üblicherweise mit Dampf in einem Katalysator-Stripper von den flüchtigen Bestandteilen getrennt, und dieser abgetrennte bzw. gestrippte Katalysator wird anschließend regeneriert. Der Regenerator für den Katalysator verbrennt den Koks vom Katalysator mit einem sauerstoffhaltigen Gas, üblicherweise Luft. Diese Entkokung stellt die Katalysator-Aktivität wieder her und erwärmt den Katalysator gleichzeitig auf zum Beispiel 500ºC-900ºC, üblicherweise 600ºC-750ºC. Dieser erwärmte Katalysator wird zum Crackreaktor rezirkuliert, um eine weitere frische Beschickung zu Cracken. Das beim Verbrennen des Koks im Regenerator erzeugte Abgas kann behandelt werden, um partikelförmige Materialien zu entfernen und Kohlenmonoxid umzuwandeln, danach wird das Abgas normalerweise in die Atmosphäre abgegeben.
Das katalytische Cracken ist endotherm, es verbraucht Wärme. Die Wärme für das Cracken wird zuerst durch den heißen regenerierten Katalysator vom Regenerator zugeführt. Schließlich ist es auch die Beschickung, die die zum Cracken der Beschickung nötige Wärme liefert. Ein Teil der Beschickung lagert sich als Koks auf dem Katalysator ab, und das Verbrennen dieses Koks erzeugt im Regenerator Wärme, diese wird in Form des heißen Katalysators zum Reaktor rezirkuliert.
Seit den vierziger Jahren hat das katalytische Cracken eine deutliche Entwicklung erfahren. Der Trend der Entwicklung des katalytischen Wirbelschichtcrackverfahrens (FCC-Verfahren) galt für das Cracken im Riser und für die Verwendung der Zeolithkatalysatoren.
Das Cracken im Riser erzielt höhere Ausbeuten der wertvollen Produkte als das Cracken im dichten Bett. Die meisten FCC-Anlagen wenden jetzt alle das Cracken im Riser an, wobei die Verweilzeiten der Kohlenwasserstoff im Riser weniger als 10 Sekunden und sogar weniger als 5 Sekunden betragen.
Zeolith enthaltende Katalysatoren mit hoher Aktivität und Selektivität werden gegenwärtig in den meisten FCC-Anlagen verwendet. Diese Katalysatoren arbeiten am besten, wenn der Koks auf dem Katalysator nach der Regenerierung weniger als 0,1 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 0,05 Gew.-% beträgt.
Um diese FCC-Katalysatoren zu diesen geringen Restwerten an Kohlenstoff zu regenerieren1 und um CO im Regenerator vollständig zu CO&sub2; zu verbrennen (um Wärme zu speichern und die Luftverschmutzung zu minimieren), fügen viele Betreiber des FCC dem Katalysator oder dem Regenerator ein Metall als Promotor für die CO-Verbrennung hinzu.
US-Patente Nr. 4 072 600 und 4 093 535 beschreiben die Verwendung von die Verbrennung fördernden Metallen, wie Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru und Re in Crackkatalysatoren mit Konzentrationen von 0,01 bis 50 ppm auf der Basis des gesamten Katalysatorbestandes.
Da das Verfahren und der Katalysator verbessert wurden, versuchten die Raffineure, dieses Verfahren zu verwenden, um einen größeren Bereich von Beschickungen zu veredeln, insbesondere höhersiedende Beschickungen, die auch mehr Metalle und Schwefel enthalten, als sie bisher in der Beschickung zur katalytischen Wirbelschichtcrackanlage erlaubt waren.
Diese höhersiedenden, schmutzigeren Beschickungen ergaben höhere Anforderungen an den Regenerator. Die Behandlungsrückstände verschlimmerten vier vorhandene Problembereiche im Regenerator: Schwefel, Dampf, Temperatur und NOx. Jedes dieser Probleme wird nachfolgend detaillierter betrachtet.
Ein großer Teil des Schwefels in der Beschickung endet als SOx im Regeneratorabgas. Höhere Schwefelwerte in der Beschickung in Verbindung mit einer vollständigeren Regenerierung des Katalysators im Regenerator erhöhen die Menge an SOx im Regeneratorabgas. Es wurden einige Versuche unternommen, um die Menge an SOx zu minimieren, die durch das Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird, indem Katalysatorzusätze oder Mittel eingeschlossen wurden, die mit dem SOx im Abgas reagieren. Diese Mittel strömen mit dem Regenerierten Katalysator zum FCC-Reaktor zurück, wobei die reduzierende Atmosphäre die Schwefelverbindungen als H&sub2;S freisetzt. Geeignete Mittel werden in US-Patenten Nr. 4 071 436 und 3 834 031 beschrieben. Die Verwendung eines Mittels aus Ceroxid wird für diesen Zweck in US-Patent Nr. 4 001 375 beschrieben.
Leider sind die Bedingungen in den meisten FCC-Regeneratoren für die Adsorption von SOx nicht die besten. Die hohen Temperaturen in den modernen FCC-Regeneratoren (bis zu 870ºC (1600ºF)) beeinträchtigen SOx-Adsorption. Eine Möglichkeit zur Minimierung von SOx im Abgas ist das Leiten des Katalysators vom FCC-Reaktor zu einem Dampf-Stripper mit langer Verweilzeit, wie es in US-Patent Nr. 4 481 103 beschrieben wird. Bei diesem Verfahren trennt vorzugsweise Dampf den verbrauchten Katalysator bei 500ºC-550ºC (9320 bis 1022ºF), dies ist vorteilhaft, jedoch nicht ausreichend, um einen Teil der unerwünschten Schwefel oder Wasserstoff enthaltenden Komponenten zu entfernen.
Dampf ist in FCC-Regeneratoren immer vorhanden, obwohl es bekannt ist, daß dies die Deaktivierung des Katalysators bewirkt. Dampf wird nicht absichtlich zugesetzt, sondern er ist konstant vorhanden - üblicherweise als adsorbierter oder mitgerissener Dampf vom Dampf-Strippen oder vom Katalysator oder als im Regenerator gebildetes Wasser von der Verbrennung.
Ein schlechtes Strippen führt zur doppelten Dosis an Dampf im Regenerator, erstens vom adsorbierten oder mitgerissenen Dampf und zweitens von den Kohlenwasserstoffen, die durch das schlechte Strippen des Katalysators auf dem Katalysator verbleiben. Der vom FCC-Stripper zum FCC-Regenerator strömende Katalysator enthält Wasserstoff enthaltende Komponenten, z.B. Koks oder nicht abgetrennte daran haf tende Kohlenwasserstoffe. Dieser Wasserstoff verbrennt im Regenerator und bildet Wasser und bewirkt einen hydrothermischen Abbau.
US-Patent Nr. 4 336 160 versucht den hydrothermischen Abbau durch gestaffelte Regenerierung zu verringern. Das Abgas von beiden Stufen der Regenerierung enthält jedoch SOx, das sich schwer auswaschen läßt. Es wäre selbst bei der gestaffelten Regenerierung von Vorteil, wenn die Menge der auf dem abgetrennten Katalysator vorhandenen Wasser-Vorstufen verringert würde.
Die Dampfbehandlung des Katalysators wird ein größeres Problem, wenn die Regeneratoren heißer werden. Höhere Temperaturen beschleunigen die deaktivierenden Wirkungen des Dampfes sehr.
Regeneratoren arbeiten bei immer höheren Temperaturen. Dies beruht darauf, daß die meisten FCC-Anlagen im Wärmeausgleich stehen, das heißt, daß die endotherme Wärme der Crackreaktion durch Verbrennen des Koks zugeführt wird, der auf dem Katalysator abgeschieden ist. Bei höhersiedenden Beschickungen wird auf dem Katalysator mehr Koks abgeschieden, als es für die Crackreaktion notwendig ist. Der Regenerator wird heißer, und diese zusätzliche Wärme wird als Abgas mit hoher Temperatur abgegeben. Viele Raffineure begrenzen die Menge der Rückstands- oder ähnlicher Beschickungen mit hohem CCR (Verkokungsrückstand) strikt auf die Menge, die von der Anlage toleriert werden kann. Hohe Temperaturen stellen ein Problem für die Metallurgie vieler Anlagen, was jedoch noch wichtiger ist, ein Problem für den Katalysator dar. Im Regenerator führt das Verbrennen von Koks und nicht abgetrennten Kohlenwasserstoffen zu viel höheren Oberflächentemperaturen auf dem Katalysator als die gemessene Temperatur des dichten Bettes oder der verdünnten Phase. Diese wird von Occelli et al. in Dual-Function Cracking Catalyst Mixtures, Kapitel 12, Fluid Catalytic Cracking, ACS Symposium Series 375, American Chemical Society, Washington, D.C., 1998 beschrieben.
Eine gewisse Temperaturregelung des Regenerators ist möglich, indem das im Regenerator erzeugte CO/CO&sub2;-Verhältnis eingestellt wird. Eine teilweise Verbrennung des Koks zu CO erzeugt weniger Wärme als die vollständige Verbrennung zu CO&sub2;. In einigen Fällen ist diese Regelung jedoch unzureichend und führt auch zu steigenden CO-Emissionen, dies kann ein Problem darstellen, wenn kein CO-Kessel vorhanden ist.
US-A-4 419 221 beschreibt ein FCC-Verfahren, das für die Herstellung leichter Olefine aus paraffinischen Kohlenwasserstoffbeschickungen geeignet ist, es umfaßt den Zusatz eines heißen regenerierten Katalysators zum verbrauchten Katalysator vor dem Strippen.
US-Patent Nr. 4 353 812 beschreibt das Abkühlen des Katalysators aus dem Regenerator, indem er durch die Mantelseite eines Wärmeaustauschers und ein Kühlmedium durch die Rohrseite geleitet werden. Der abgekühlte Katalysator wird zur Regenerierungszone rezirkuliert. Dieser Versuch entfernt die Wärme vom Regenerator, kann jedoch nur schlecht oder nicht gut genug verhindern, daß der abgetrennte Katalysator sehr hohe Oberflächen- oder örtliche Temperaturen im Regenerator erleidet. Das Verfahren von Lomas regelt die Temperatur des Katalysators vom Reaktor-Stripper zum Regenerator nicht.
US -A-4 464 250 beschreibt ein Verfahren zum Cracken carbometallischer Öle, bei dem der verkokte Katalysator nach dem Strippen mit Dampf zu einer separaten Strippingzone mit höherer Temperatur geleitet wird, in der ein weiteres Strippen durch Abgase durchgeführt wird, die Stickstoff und Kohlendioxid umfassen.
Im Stand der Technik werden auch Zonen mit dichter oder verdünnter Phase zur Entfernung der Wärme vom regenerierten verwirbelten Katalysator oder Wärmeaustauscher verwendet, die vom Regeneratorgefäß entfernt oder außerhalb davon liegen, um den heißen regenerierten Katalysator für die Rückführung zum Regenerator abzukühlen. Beispiele dieser Verfahren finden sich in US-Patenten Nr. 2 970 117, 2 873 175, 2 862 798, 2 596 748, 2 515 156, 2 492 948 und 2 506 123. Bei diesen Verfahren wird die Betriebstemperatur des Regenerators durch die Temperatur des Katalysators vom Stripper beeinflußt.
Das Verbrennen stickstoffhaltiger Verbindungen in den FCC-Regeneratoren führte lange zur Erzeugung geringer Mengen von NOx, ein Teil davon wurde mit dem Regeneratorabgas abgegeben. Üblicherweise waren diese Emissionen aufgrund der relativ geringen Temperatur, der relativ reduzierenden Atmosphäre von der teilweisen Verbrennung von CO und der Abwesenheit katalystischer Metalle, wie Pt, im Regenerator, die die NOx-Erzeugung erhöhten, kein großes Problem.
Viele FCC-Anlagen arbeiten jetzt bei höheren Temperaturen und einer stärker oxidierenden Atmosphäre und unter Verwendung von Promotoren für die CO-Verbrennung, wie Pt. Diese Veränderungen im Regeneratorbetrieb verringern die CO-Emissionen, vermehren jedoch üblicherweise Stickoxide (NOx) im Regeneratorabgas. In einem Regenerator für Katalysator ist es schwer, Koks und CO im Regenerator vollständig zu verbrennen, ohne den NOx-Gehalt des Regeneratorabgases zu erhöhen, somit stellen die NOx-Emissionen jetzt häufig ein Problem dar.
Neuste Katalysator-Patente umfassen US-Patent Nr. 4 300 997 und die Ausscheidung, US-Patent Nr. 4 350 615, die sich beide auf die Verwendung eines Pd-Ru-Promotors für die CO-Verbrennung richten. Es wird berichtet, daß dieser bimetallische Promotor für die CO-Verbrennung eine angemessene Umwandlung von CO in CO&sub2; leistet, wobei die Bildung von NOx minimiert wird.
US-Patent Nr. 4 199 435 schlägt die Dampfbehandlung des herkömmlichen metallischen Promotors für die CO-Verbrennung vor, um die NOx-Bildung zu verringern, ohne daß die CO-Verbrennungsaktivität des Promotors zu stark beeinträchtigt wird.
In US-Patent Nr. 4 413 573 werden Modifikationen vorgeschlagen und US-Patent Nr. 4 325 833 richtet sich auf zwei- und dreistufige FCC-Regeneratoren, die die NOx-Emissionen verringern.
US-Patent Nr. 4 313 848 beschreibt eine Regenerierung des verbrauchten FCC-Katalysators im Gegenstrom ohne Rückvermischung, um die NOx-Emissionen zu minimieren.
US-Patent Nr. 4 309 309 beschreibt die Zugabe eines verdampfbaren Brennstoffs zum oberen Abschnitt des FCC-Regenerators, um die NOx-Emissionen zu rninimieren. Oxide von Stickstoff, die im unteren Abschnitt des Regenerators gebildet werden, werden in der reduzierenden Atmosphäre reduziert, die durch die Verbrennung des Brennstoffs im oberen Abschnitt des Regenerators erzeugt wird.
US-Patent Nr. 4 235 704 regt an, daß zuviel vom Promotor für die CO-Verbrennung die NOx-Bildung hervorruft, und verlangt die Überwachung des NOx-Gehalts der Abgase und die Einstellung der Konzentration des Promotors für die CO-Verbrennung im Regenerator auf der Basis der NOx-Menge im Abgas.
Der Versuch, der in US-Patent Nr. 4 542 114 unternommen wird, besteht in der Minimierung des Abgasvolumens, indem im FCC- Regenerator eher Sauerstoff als Luft verwendet wird, als Folge wird die Menge des erzeugten Abgases verringert.
Die durch die oben genannten Versuche erreichte Verringerung der NOx-Emissionen trägt etwas zur Erfüllung der immer strengeren Grenzen für die NOx-Emissionen bei, die von den örtlichen Verwaltungen festgelegt werden, diese Grenzwerte können jedoch noch immer nicht erfüllt werden. Ein großer Teil des gebildeten NOx ist nicht das Ergebnis der Verbrennung von N&sub2; im FCC-Regenerator, sondern eher der Verbrennung von stickstoffhaltigen Verbindungen im Koks, der in den FCC-Regenerator kommt. Möglicherweise sind bimetallische Verbrennungspromotoren bei der Minimierung der NOx-Bildung von N&sub2; am besten.
Leider bedeutet der Trend zu höhersiedenden Beschickungen üblicherweise, daß die Menge der Stickstoffverbindungen auf dem Koks zunimmt und daß die NOx-Emissionen steigen. Höhere Regeneratortemperaturen führen auch zur Zunahme der NOx-Emissionen. In vielen Raffinerien wäre es vorteilhaft, wenn es einen Weg gäbe, zumindest einen großen Teil des stickstoffhaltigen Koks in einer relativ reduzierenden Atmosphäre zu verbrennen, so daß ein großer Teil des gebildeten NOx innerhalb des Regenerators in N&sub2; umgewandelt werden könnte. Leider können die meisten vorhandenen Gestaltungen des Regenerators bei diesen Bedingungen, und zwar bei einer reduzierenden Atmosphäre, nicht wirksam arbeiten.
Es wäre von Vorteil, wenn ein besseres Stripping-Verfahren zur Verfügung stehen würde, das eine verbesserte Gewinnung wertvoller abtrennbarer Kohlenwasserstoffe ermöglichen würde. Es besteht Bedarf nach einem Stripper mit höherer Temperatur, der nicht zu einem Regenerator mit höherer Temperatur führt. Es besteht ein spezieller Bedarf, mehr Wasserstoff vom verbrauchten Katalysator zu entfernen, um den hydrothermischen Abbau im Regenerator zu minimieren. Es wäre außerdem vorteilhaft, mehr schwefelhaltige Verbindungen vor der Regenerierung vom verbrachten Katalysator zu entfernen, um SOx im Regeneratorabgas zu minimieren. Es wäre auch von Vorteil, wenn es einen besseren Weg zur Regelung der Regeneratortemperatur gäbe.
Es wurde ein Weg gefunden, um ein viel besseres Strippen des verkokten FCC-Katalysators bei hoher Temperatur zu erreichen. Diese Lösung verbessert nicht nur das Strippen, sondern erhöht auch die Ausbeute des wertvollen flüssigen Produktes, sie verringert die Belastung für den Regenerator für den Katalysator, minimiert die SOx-Emissionen und ermöglicht es, daß die Anlage schwierigere Beschickungen verarbeiten kann.
Die Regeneratortemperaturen können verringert oder konstant gehalten werden, während schlechte Beschickungen verarbeitet werden, und der Betrag der hydrothermischen Deaktivierung des Katalysators im Regenerator kann verringert werden.
Die vorliegende Erfindung liefert folglich ein Verfahren zum katalytischen Wirbelschichtcracken, bei dem eine hochsiedende Kohlenwasserstoffbeschickung, die Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt oberhalb 343ºC (650ºF) umfaßt, katalytisch zu geringersiedenden Produkten gecrackt wird, welches die Schritte umfaßt: katalytisches Cracken der Beschickung in einer katalytischen Crackzone, die bei katalytischen Crackbedingungen arbeitet, durch Kontakt der Beschickung mit einer Quelle eines heißen regenerierten Katalysators, um eine Abflußmischung der Crackzone zu erzeugen, die gecrackte Produkte und verbrauchten Crackkatalysator umfaßt, der Koks und abtrennbare Kohlenwasserstoffe enthält; Trennung der Abflußmischung der Crackzone in eine Dampfphase, die reich an gecracktem Produkt ist, und eine feststoffreiche Phase, die den verbrauchten Katalysator und abtrennbare Kohlenwasserstoffe umfaßt; Erwärmen der feststoffreichen Phase durch deren Vermischung mit einer Quelle des heißen regenerierten Katalysators, der eine höhere Temperatur als die feststoffreiche Phase hat, um eine Katalysatormischung zu erzeugen, die verbrauchten und regenerierten Katalysator umfaßt und eine Temperatur zwischen der der feststoffreichen Phase und der des regenerierten Katalysators hat; Strippen der Katalysatormischung in einer primären Trennstufe mit einem Strippinggas, um die abtrennbaren Verbindungen vom verbrauchten Katalysator zu entfernen; Leiten der Katalysatormischung von der primären Trennstufe zu einer sekundären Trennstufe; Strippen und Abkühlen der Katalysatormischung in der sekundären Trennstufe durch Verwirbelung der Katalysatormischung mit einem Strippinggas und Abführung der Wärme von der Katalysatormischung durch indirekten Wärmeaustausch mit einer Wärmeaustauscheinrichtung mit einem wärmeübertragungskoeffizient, wobei dieser Wärmeübertragungskoeffizient für den indirekten Wärmeaustausch von der Katalysatormischung entlang der Wärmeaustauscheinrichtung größer als der Wärmeübertragungskoeffizient entlang der indirekten Wärmeaustauscheinrichtung ist, der ohne das Vorhandensein des zugesetzten Strippinggases in der sekundären Trennstufe erhalten werden kann, um eine abgekühlte abgetrennte Katalysatormischung mit einem verringerten Gehalt an abtrennbaren Kohlenwasserstoffen zu erzeugen; Regenerierung der abgekühlten abgetrennten Katalysatormischung durch Kontakt mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in einer Regenerierungseinrichtung, um als Folge der Verbrennung von Koks auf dem verbrauchten Katalysator regenerierten Katalysator mit einer höheren Temperatur als die Temperatur der Katalysatormischung und Abgas zu erzeugen, das aus der Regenerierungszone entfernt wird; Rezirkulierung eines Teils des regenerierten Katalysators zur Crackreaktionszone, um eine weitere Kohlenwasserstoffbeschickung zu cracken; und Rezirkulierung eines Teils des regenerierten Katalysators zur primären Trennstufe, um den verbrauchten Katalysator zu erwärmen.
Bei einer weiteren Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum katalytischen Wirbelschichtcracken einer hochsiedenden Kohlenwasserstoffbeschickung, die Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt oberhalb etwa 343ºC (650ºF) umfaßt, zu geringersiedenden Produkten, indem diese Beschickung mit einem katalytischen Crackkatalysator in Kontakt gebracht wird, wobei diese Vorrichtung umfaßt: eine katalytische Crackreaktoreinrichtung mit einem Einlaß, der mit der Beschickung und mit einer Quelle des heißen regenerierten Katalysators verbunden werden kann, und einem Auslaß zur Abgabe der Abflußmischung der Crackzone, die gecrackte Produkte und verbrauchten Crackkatalysator umfaßt, der Koks und abtrennbare Kohlenwasserstoffe enthält; eine Abtrenneinrichtung, die mit dem Reaktorauslaß verbunden ist, um die Abflußmischung der Crackzone in eine Dampfphase, die reich an gecracktem Produkt ist, und eine feststoffreiche Phase zu trennen, die den verbrauchten Katalysator und abtrennbare Kohlenwasserstoffe enthält; eine primäre Trenneinrichtung, die einen Einlaß für die Quelle des heißen regenerierten Crackkatalysators, einen Einlaß für den verbrauchten Katalysator, einen Einlaß für das Strippinggas, einen Dampfauslaß für den Dampf der primären Trennstufe und einen Feststoffauslaß zur Abgabe der abgetrennten Feststoffe umfaßt; eine sekundäre Trenneinrichtung, die ein Gefäß umfaßt, das so gestaltet ist, daß es das Wirbelbett des Katalysators aufnimmt, und einen Einlaß für die abgetrennten Feststoffe, der mit dem Feststoffauslaß der primären Trenneinrichtung verbunden werden kann, eine indirekte Wäremaustauscheinrichtung, die in einer Höhe in das Wirbelbett des Katalysators im sekundären Trenngefäß getaucht ist, um Wärme zu entfernen, einen Einlaß für das Strippinggas der sekundären Stufe an einer Höhe unterhalb der Wärmeaustauscheinrichtung, einen Auslaß für den abgetrennten Katalysator aufweist; eine Regenerierungseinrichtung für den Katalysator, die einen Einlaß, der mit dem Auslaß für den Katalysator von der sekundären Trenneinrichtung verbunden werden kann, einen Regenerierungsgaseinlaß, einen Abgasauslaß und einen Auslaß zur Entfernung des heißen regenerierten Katalysators aufweist; und eine Katalysatorumlaufeinrichtung, die mit der katalytischen Crackreaktionszone und der primären Trennzone verbunden ist.
Die Figur ist eine vereinfachte schematische Darstellung der FCC-Anlage mit dem heißen Stripper dieser Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist verständlicher, wenn sie in Verbindung mit dieser Figur betrachtet wird, die das katalytische Wirbelschichtcracksystem der vorliegenden Erfindung darstellt. Obwohl eine bevorzugte FCC-Anlage gezeigt ist, können jede Riser-Reaktor und Regenerator bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Dem unteren Ende des Riser-Reaktors 4 zum FCC-Cracken wird die hochsiedende Beschickung durch die Leitung 1 zugeführt. Heißer regenerierter Katalysator wird durch das Steigrohr 102 und das Regelventil 104 zugesetzt, so daß er mit der Beschickung vermischt wird. Vorzugsweise wird etwas Zerstäubungsdampf durch die Leitung 141 zur Basis des Riser, üblicherweise mit der Beschickung, zugesetzt. Bei höhersiedenden Beschickungen, z.B. einem Rückstand, können 2-10 Gew.-% Dampf verwendet werden. Eine Mischung aus Kohlenwasserstoff/Katalysator steigt als im allgemeinen verdünnte Phase nach oben durch den Riser 4. Gecrackte Produkte und verkokter Katalysator werden durch die Riser-Abflußleitung 6 in den Zyklon 8 der ersten Stufe im Gefäß 2 abgegeben. Die höchste Temperatur des Riser bzw. die Temperatur in der Oberseite des Riser, die Temperatur in der Leitung 6, liegt im Bereich zwischen 480ºC und 615ºC (900º und 1150 ºF) und vorzugsweise zwischen 538ºC und 595ºC (1000º und 1050ºF). Die höchste Temperatur des Riser wird üblicherweise geregelt, indem das Verhältnis von Katalysator zu Öl im Riser 4 eingestellt oder die Vorwärmung der Beschickung geändert werden.
Der Zyklon 8 trennt den größten Teil des Katalysators von den gecrackten Produkten ab und gibt diesen Katalysator durch die Tauchleitung 12 nach unten in die Strippingzone 30 ab, die im unteren Abschnitt des Gefäßes 2 angeordnet ist. Dampf und geringe Mengen des Katalysators verlassen den Zyklon 8 durch die Gasabflußleitung 20 und strömen in das Verbindungsstück 24, das für die thermische Expansion sorgt, zur Leitung 22, die zum Zyklon 14 der zweiten Stufe des Reaktors führt. Dieser zweite Zyklon 14 gewinnt einen Teil des zusätzlichen Katalysators, der durch die Tauchleitung 18 zur Strippingzone 30 abgegeben wird.
Der Kopfproduktstrom des Zyklons der zweiten Stufe, gecrackte Produkte und Katalysatorfeinstoffe strömen durch die Abflußleitung 16 und die Leitung 120 zu Produktfraktioniereinrichtungen, die in dieser Figur nicht gezeigt sind. Strippingdämpfe betreten die Atmosphäre des Gefäßes 2 und verlassen dieses Gefäß durch die Auslaßleitung 22 oder indem sie durch den ringförmigen Raum 10 hindurchgehen, der durch den Auslaß 20 und den Einlaß 24 definiert wird.
Der von den Zyklon-Tauchleitungen abgegebene verkokte Katalysator sammelt sich als Katalysatorbett 31 in der Strippingzone 30. Die Tauchleitung 12 ist abgedichtet, indem sie in das Katalysatorbett 31 verlängert ist. Die Tauchleitung 18 wird vom Rieselventil 19 abgedichtet.
Obwohl nur zwei Zyklone 8 und 14 gezeigt sind, werden üblicherweise in jeder Zyklonabscheiderstufe viele Zyklone, 4 bis 8, verwendet. Ein bevorzugtes geschlossenes Zyklonsystem wird in US-Patent Nr. 4 502 947 beschrieben.
Der Stripper 30 weist eine erste und eine zweite Stufe des Strippens auf. Die erste Stufe des Strippens tritt im Wirbelbett 31 in der dichten Phase auf. Die erste Stufe des Strippens ist "heiß". Der verbrauchte Katalysator wird im Bett 31 mit heißem Katalysator vom Regenerator vermischt. Ein Wärmeaustausch im direkten Kontakt erwärmt den verbrauchten Katalysator. Der regenerierte Katalysator, der eine Temperatur von 55ºC (100ºF) über der der Strippingzone 30 bis 871ºC (1600ºF) aufweist, erwärmt den verbrauchten Katalysator im Bett 31. Der Katalysator vom Regenerator 80 betritt das Gefäß 2 durch die Übertragungsleitung 106 und den Absperrschieber 108, der die Katalysatorströmung regelt. Die Zugabe von heißem regeneriertem Katalysator ermöglicht das Strippen der ersten Stufe bei von 55ºC (100ºF) oberhalb der Auslaßtemperatur vom Riser-Reaktor bis 816ºC (1500ºF). Vorzugsweise arbeitet die Strippingzone der ersten Stufe bei mindestens 83ºC (150ºF) oberhalb der höchsten Temperatur des Riser, jedoch unter 760ºC (1400ºF)
Im Bett 31 fließt das Strippinggas, vorzugsweise Dampf, im Gegenstrom zum Katalysator. Das Strippinggas wird durch eine oder mehrere Leitungen 134 vorzugsweise in den unteren Abschnitt des Betts 31 eingeführt. Das Bett 31 der ersten Strippingzone für den Katalysator enthält vorzugsweise Böden (Prallbleche) 32. Diese Böden können eine Scheiben- oder Ringröhrenform aufweisen und gelocht oder ungelocht sein.
Die Verweilzeit des Katalysators im Bett 31 in der Strippingzone 30 liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 7 Minuten. Die Verweilzeit des Dampfes in diesem Bett 31, der Strippingzone der ersten Stufe, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 30 Sekunden und am bevorzugtesten von 0,5 bis 5 Sekunden.
Das Strippen bei hoher Temperatur entfernt Koks, Schwefel und Wasserstoff vom verbrauchten Katalysator. Koks wird entfernt, da Kohlenstoff in den nicht abgetrennten Kohlenwasserstoffen im Regenerator als Koks verbrannt wird. Der Schwefel wird als Schwefelwasserstoff und Mercaptane entfernt. Wasserstoff wird als molekularer Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe und Schwefelwasserstoff entfernt. Die entfernten Materialien verbessern auch die Gewinnung der wertvollen flüssigen Produkte, da die Stripperdämpfe mit der Masse der gecrackten Produkte vom Riser-Reaktor zur Produktgewinnung geleitet werden können. Das Strippen bei hoher Temperatur kann die Koksbelastung für den Regenerator um 30 bis 50% oder mehr verringern und 50-80% des Wasserstoffs als molekularen Wasserstoff, leichte Kohlenwasserstoffe und andere wasserstoffhaltige Produkte entfernen und 35 bis 55% des Schwefels als Schwefelwasserstoff und Mercaptane, und auch einen Teil des Stickstoffs als Ammoniak und Cyanide entfernen.
Nach dem Strippen bei hoher Temperatur im Bett 31 hat der Katalysator einen deutlich verringerten Gehalt an abtrennbaren Kohlenwasserstoffen, enthält jedoch noch einige abtrennbare Kohlenwasserstoffe. Der Katalysator aus dem Bett 31 ist ebenfalls zu heiß, um ihn in den Regenerator abzugeben. Die Kombination aus hoher Anfangstemperatur und schneller Verbrennung der restlichen abtrennbaren Kohlenwasserstoffe bis zu einem geringeren Ausmaß an Koks kann bei der Regenerierung zu extrem hohen örtlichen Temperaturen auf der Oberfläche des Katalysators führen. Um die Menge der vorhandenen abtrennbaren Kohlenwasserstoffe bis zum höchstmöglichen Ausmaß zu minimieren und die Temperatur eines Großteils des heißen abgetrennten Katalysators zu verringern, sorgt die vorliegende Erfindung für eine zweite Stufe des Katalysator-Strippens, die auch den Katalysator abkühlt.
Der heiße abgetrennte Katalysator von Bett 31 fließt durch die Prallbleche 32 nach unten und wird in das Wirbelbett 231 mit der dichten Phase abgegeben. In den unteren Abschnitt des Betts 231 wird ein einschraubbarer Wärmeaustauscher oder ein einschraubbares Rohrbündel 48 eingesetzt. Für einen effektiven Wärmeaustausch sollte das Bett 231 mit einem Gas oder Dampf verwirbelt werden, das durch die Leitung 34 und die Verteilungseinrichtung 36 zugesetzt wird. Die Verringerung der Temperatur des Katalysators im Bett 231 verbessert die Leistung des Strippens gegenüber der nicht, die bei einer höheren Temperatur im Bett 31 erreicht wird. Die zusätzliche Stufe des Strippens entfernt den zusätzlichen Zuwachs an Wasserstoff, Schwefel usw. vom Katalysator aufgrund der längeren Kontaktzeit, des Kontaktes mit dem frischen Strippinggas und des besseren Kontaktes des verbrauchten Katalysators mit dem Strippinggas (die Strömung des Katalysators durch das Bett 31 ist häufig nicht gleichmäßig und ein Teil des Katalysators wird trotz der insgesamt strengen Strippingbedingungen im Bett 31 nicht gut abgetrennt)
Indem die vorliegende Erfindung eine zweite Stufe des Strippens schafft, wobei gleichzeitig die Wärme vom Katalysator im Bett 231 entfernt wird, nutzt sie das Strippingmedium doppelt aus, das durch die Leitung 34 zugesetzt wird. Das Strippinggas trennt nicht nur ab, es verbessert auch den Wärmeübertragungskoeffizient, der im Rohrbündel 48 erreicht wird, wobei eine maximale Wärmeübertragung vom heißen Katalysator auf das Fluid in der Leitung 40 gestattet wird (typischerweise Wasser zur Beschickung des Kessels oder ein Strom mit geringer Qualität), um in der Leitung 56 ein erwärmtes Wärmeübertragungsfluid zu erzeugen (typischerweise Dampf mit hoher Qualität).
Obwohl in der Leitung 36 Dampf als Strippingmedium verwendet werden kann, können auch andere Strippingfluide, z.B. Abgas, verwendet werden. In Abhängigkeit vom durch die Leitung 36 zugesetzten Strippingfluid kann es von Vorteil sein, das abgetrennte Material durch die Leitung 220 zu entfernen, so daß Inertstoffe usw. nicht mit den gecrackten Kohlenwasserstoffprodukten vermischt werden. Stripperdämpfe vom Strippen der zweiten Stufe können ebenfalls durch die Leitung 222 zum Zyklon der zweiten Stufe abgegeben werden, so daß die abgetrennten Kohlenwasserstoffe als Produkt gewonnen und der mitgerissene Katalysator zur Strippingzone rezirkuliert werden kann.
Obwohl es in dieser Figur nicht gezeigt ist, können Zyklone, poröse Filter aus rostfreiem Stahl und ähnliche Einrichtungen verwendet werden, um den Katalysator und Feinstoffe von den Dampfströmen abzutrennen, die durch die Leitungen 222 und 220 abgezogen werden.
Das Temperaturprofil im Stripper der zweiten Stufe ist für ein mäßig wirksames Strippen in den oberen Abschnitten und für eine maximale Temperaturverringerung im unteren Abschnitt günstig. Die Temperatur des Katalysators, der die zweite Stufe des Strippens betritt, ist etwa gleich der des Katalysators, der die erste Strippingzone oder das Bett 31 verläßt. Aufgrund der Temperatur des Strippinggases gibt es eine minimale Temperaturverringerung im Bett 231; es ist soviel mehr Katalysator als Strippinggas vorhanden, daß nur geringste Verminderungen der Temperatur auftreten, wenn kaltes Strippinggas verwendet wird. Der größte Teil des Temperaturabfalls tritt im und entlang des eingeschraubten Wärmeaustauscherbündels 48 auf.
Der Katalysator, der den Stripper der zweiten Stufe verlaßt, ist vorzugsweise mindestens 27,7ºC (50ºF) kälter als der Katalysator im heißen Stripper oder im Bett 31. Noch bevorzugter ist der den Stripper durch die Leitung 42 verlassende Katalysator 420-111ºC (750-200ºF) kälter als der Katalysator im Bett 31.
Obwohl es in dieser Figur nicht gezeigt ist, kann auch ein äußerer Stripper/Kühler für den Katalysator mit Einlässen für heißen Katalysator und Verwirbelungsgas und Auslässen für abgekühlten Katalysator und Stripperdampf verwendet werden. In einigen Anlagen können mechanische Beschränkungen vorhanden sein, die die Verwendung eines eingeschraubten Rohrbündels verhindern, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Die wesentlichen Merkmale - Verwendung eines Verwirbelungsgases, um sowohl die Wärmeübertragung entlang der Wärmeaustauscheinrichtung zu verbessern als auch eine zweite Stufe des Strippens zu erhalten - bleiben die gleichen, wenn ein äußerer Stripper/Kühler verwendet wird.
Es kann eine äußere Anlage verwendet werden, die wie ein Thermosiphon-Reboiler funktioniert, um eine dreifache Ausnutzung des Strippinggases zum Strippen, zum Wärmeaustausch und zur Bewegung des verbrauchten Katalysators von einer geringen Höhe zu einer größeren Höhe zu ermöglichen. In einer solchen Anlage betreten sowohl der heiße Katalysator als auch das Strippinggas den Boden der Anlage, fließen im Gleichstrom durch oder längsseits des Wärmeaustauscherbündels nach oben und werden zusammen in den Stripper oder in den Katalysatoreinlaß des Regenerators für den Katalysator abgegeben.
Abgetrennter Katalysator strömt durch die Abflußleitung 42 für den abgetrennten abgekühlten Katalysator. Ein Katalysatorkühler (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein, um den Katalysator bei Bedarf weiter abzukühlen, damit der Regenerator 80 bei einer Temperatur zwischen 55ºC (100ºF) über der Temperatur der Strippingzone 30 und 871ºC (1600ºF) bleibt. Der äußere Katalysatorkühler, der den abgetrennten Katalysator vor dem Eintritt in das Regeneratorgefäß abkühlt, entfernt keine abtrennbaren Kohlenwasserstoffe.
Wenn dieser äußere Katalysatorkühler verwendet wird, ist er vorzugsweise ein indirekter Wärmeaustauscher, wobei ein Wärmeaustauschmedium, z.B. flüssiges Wasser verwendet wird (Kesselspeisewasser).
Der abgekühlte Katalysator strömt durch die Leitung 42 in den Riser-Regenerator 60. Luft und abgekühlter Katalysator verbinden sich und strömen nach oben durch eine Luft/Katalysator-Dispersionsvorrichtung 74 in den Combustor bzw. Vergasungsbrenner 62 für den Koks im Regenerator 80. Im Bett 62 werden brennbare Materialien, wie z.B. Koks, auf dem abgekühlten Katalysator durch Kontakt mit Luft oder einem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt. Mindestens ein Teil der Luft strömt durch die Leitung 66 und die Leitung 68 zum Riser-Mischer 60.
Die Menge an Luft oder sauerstoffhaltigem Gas, das durch die Leitung 66 der Basis des Riser-Mischers 60 zugesetzt wird, ist vorzugsweise auf 50-95% der gesamten Luftzufuhr zum Regenerator 80 begrenzt. Die Beschränkung der Luftzufuhr verlangsamt die Geschwindigkeit der Kohlenstoffverbrennung im Riser- Mischer bis zu einem gewissen Grad, und beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es beabsichtigt, die örtliche hohe Temperatur, der der Katalysator im Regenerator begegnet, so weit wie möglich zu minimieren. Die Einschränkung der Luft begrenzt die Verbrennung und den Temperaturanstieg im Riser-Mischer und schränkt den Umfang der darin auftretenden Katalysatordeaktivierung ein. Dadurch wird auch gesichert, daß der größte Teil des Wassers aus der Verbrennung und der resultierende Dampf bei der niedrigsten möglichen Temperatur gebildet werden.
Zusätzliche Luft, vorzugsweise 5-50% der gesamten Luft, wird dem Combustor für den Koks vorzugsweise durch die Leitung 160 und den Luftring 167 zugesetzt. Auf diese Weise kann dem Regenerator 80 soviel Luft wie nötig zugeführt werden, und der Regenerator kann ein vollständiges Nachbrennen von CO zu CO&sub2; erreichen, selbst wenn ein großer Teil der Kohlenwasserstoffe bei relativ milden, sogar bei reduzierenden Bedingungen, im Riser-Mischer 60 verbrennt.
Um die üblicherweise für eine schnelle Koksverbrennung notwendigen hohen Temperaturen zu erreichen und das Nachbrennen von CO zu fördern, kann die Temperatur des stark verwirbelten Bettes 76 im Combustor 62 für den Koks erhöht werden, und dies erfolgt vorzugsweise, indem ein Teil des heißen regenerierten Katalysators durch die Leitung 101 und das Regelventil 103 dorthin rezirkuliert wird.
Im Combustor 62 für den Koks verwirbelt die Verbrennungsluft den Katalysator im Bett 76, unabhängig davon ob sie durch die Leitung 66 oder 160 zugesetzt wurde, und befördert anschließend den Katalysator kontinuierlich als verdünnte Phase durch den Riser-Regenerator 83. Die verdünnte Phase strömt nach oben durch den Riser 83, durch einen radialen Arm 84, der am Riser 83 angebracht ist. Der Katalysator strömt nach unten und bildet ein zweites relativ dichtes Bett des Katalysators 82, das im Regenerator 80 angeordnet ist.
Während der größte Teil des Katalysators nach unten durch die radialen Arme 84 strömt, gehen die Gase und ein Teil des Katalysators in die Atmosphäre oder den Bereich 183 der verdünnten Phase des Regeneratorgefäßes 80. Das Gas strömt durch die Einlaßleitung 89 in den ersten Regenerator-Zyklon 86. Ein Teil des Katalysators wird durch die erste Tauchleitung 90 gewonnen, während der restliche Katalysator und die Gase durch die Kopfproduktleitung 88 in den zweiten Regenerator- Zyklon 92 gehen. Der zweite zyklon 92 gewinnt mehr Katalysator und leitet ihn durch die zweite Tauchleitung 96, die ein Rieselventil 97 aufweist, zum zweiten dichten Bett. Abgas tritt durch die Leitung 94 in die Luftberuhigungskammer 98 aus. Der Abgasstrom 110 verläßt die Luftberuhigungskammer durch die Leitung 100.
Der heiße regenerierte Katalysator bildet das Bett 82, das wesentlich heißer als die Strippingzone 30 ist. Das Bett 82 ist mindestens 55ºC (100ºF) heißer als die Strippingzone 31 und vorzugsweise mindestens 83ºC (150ºF) heißer. Die Regeneratortemperatur beträgt höchstens 871ºC (1600ºF), um die Deaktivierung des Katalysators zu verhindern.
Eventuell kann auch Luft durch die Leitung 70 und das Regelventil 72 zu einem Luftverteiler 78 zugeführt werden, der im dichten Bett 82 angeordnet ist.
Die Zufuhr der Verbrennungsluft zum zweiten dichten Bett 82 ermöglicht es, daß ein Teil der Koksverbrennung in die relativ trockene Atmosphäre des dichten Betts 82 verschoben und der hydrothermische Abbau des Katalysators minimiert werden. Es gibt einen weiteren Vorteil, da die gestaffelte Luftzufuhr den Temperaturanstieg begrenzt, den der Katalysator in jeder Stufe erfährt, und die Zeit etwas begrenzt, in der der Katalysator bei hoher Temperatur ist.
Die Luft, die jeder Stufe (Riser-Mischer 60, Combustor 62 für den Koks, Beförderungs-Riser 83 und zweites dichtes Bett 82) zugeführt wird, wird vorzugsweise überwacht und gesteuert, damit möglichst viel Wasserstoff so schnell wie möglich und bei der geringsten möglichen Temperatur verbrannt wird, während die Kohlenstoffverbrennung so spät wie möglich erfolgt, und die höchsten Temperaturen für die letzte Stufe des Verfahrens reserviert sind. Auf diese Weise treten der größte Teil des Wassers der Verbrennung und der größte Teil der äußerst hohen Temperaturstöße aufgrund der Verbrennung der schlecht abgetrennten Kohlenwasserstoffe im Riser- Mischer 60 auf, worin der Katalysator am kältesten ist. Der gebildete Dampf bewirkt einen hydrothermischen Abbau des Zeolith, die Temperatur ist jedoch so niedrig, daß der Aktivitätsverlust minimiert wird. Die Zurückhaltung eines Teils der Koksverbrennung für das zweite dichte Bett begrenzt die höchsten Temperaturen auf den trockensten Teil des Regenerators. Das im Riser-Mischer oder im Combustor für den Koks gebildete Wasser aus der Verbrennung kommt nicht mit dem Katalysator im zweiten dichten Bett 82 in Kontakt, dies beruht auf der Trennung von Katalysator und Abgas, die beim Verlassen des Förder-Riser 83 für die verdünnte Phase auftritt.
Für dieses Verfahren gibt es einige Einschränkungen. Wenn eine vollständige CO-Verbrennung erreicht werden soll, müssen die Temperaturen im Förder-Riser der verdünnten Phase hoch genug sein, oder die Konzentration des Promotors für die CO- Verbrennung muß stark genug sein, damit es eine im wesentlichen vollständige Verbrennung von CO im Förder-Riser gibt. Die Einschränkung der Verbrennungsluft zum Combustor für den Koks oder zum Förder-Riser für die verdünnte Phase (um einen Teil der Koksverbrennung in das zweite dichte Bett 82 zu verschieben) erschwert die Erreichung einer vollständigen CO- Verbrennung im Förder-Riser. HöhereWerte des Pro-motors für die CO-Verbrennung fördern das Verbrennen von CO in der verdünnten Phase im Förder-Riser, wobei es einen viel geringeren Effekt auf die Verbrennungsgeschwindigkeit von Kohlenstoff im Combustor für den Koks oder im Förder-Riser gibt.
Wenn die Anlage nur nach der Art der teilweisen Verbrennung arbeitet, um nur eine teilweise CO-Verbrennung zu ermöglichen, und die Wärmeerzeugung zum CO-Kessel stromabwärts des Regenerators verschoben wird, wird ein viel größerer Spielraum der Luftzufuhr an unterschiedlichen Punkten im Regenerator möglich. Eine teilweise CO-Verbrennung verringert auch die mit dem Regenerator verbundenen NOx-Emissionen stark. Eine teilweise CO-Verbrennung bildet eine gute Möglichkeit,um unüblich schlechte Beschickungen mit CCR-Werten über 5 oder 10 Gew.-% auf zunehmen. Die stromabwärtige Verbrennung, in einem CO-Kessel, ermöglicht es auch, daß die Kapazität des Regenerators zur Koksverbrennung zunimmt, und gestattet es, daß unter Verwendung des vorhandenen Luftgebläses mit begrenzter Kapazität mehr Koks verbrannt wird.
Unabhängig von den relativen Beträgen der Verbrennung, die in verschiedenen Zonen des Regenerators stattfindet, und unabhangig davon, ob eine vollständige oder nur eine teilweise CO-Verbrennung erreicht wird, ist der Katalysator im zweiten dichten Bett 82 der heißeste Katalysator und wird zur Anwendung als Quelle des heißen regenerierten Katalysators zum Erwärmen des verbrauchten verkokten Katalysators im Katalysator-Stripper diese Erfindung bevorzugt. Heißer regenerierter Katalysator wird vorzugsweise aus dem dichten Bett 82 abgezogen und durch die Leitung 106 und das Regelventil 108 in das dichte Bett des Katalysators 31 im Stripper 30 geleitet.
Nachdem die Erfindung in Verbindung mit der in der Figur gezeigten Ausführungsform betrachtet wurde, folgt eine detailliertere Beschreibung der unterschiedlichen Teile oder des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Viele Elemente der vorliegenden Erfindung können herkömmlich sein, z.B. der Crackkatalysator, so daß nur eine begrenzte Erläuterung solcher Elemente notwendig ist.
Es kann jede herkömmliche FCC-Beschickung verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, um schwierige Beschickungsmaterialien zu verarbeiten, jene mit hohen Werten des CCR-Materials, die 2, 3, 5 und sogar 10 Gew.-% CCR übersteigen. Insbesondere wenn das Verfahren nach der Art der teilweisen CO-Verbrennung arbeitet, toleriert es Beschickungen, die einen relativ hohen Stickstoffgehalt haben und die sonst in herkömmlichen FCC-Anlagen zu nicht annehmbaren NOx-Emissionen führen könnten.
Die Beschickungen können im Bereich von typischen, z.B. Erdöldestillaten oder Rückstandsmaterialien, entweder ursprünglich oder teilweise raffiniert, bis zu atypischen liegen, z.B. Kohleöle und schieferöle. Die Beschickung enthält häufig rezirkulierte Kohlenwasserstoffe, z.B. geringsiedende und hochsiedende Rückführöle, die bereits dem Cracken unterzogen wurden.
Bevorzugte Beschickungen sind Gasöle, Vakuumgasöle, atmosphärische Rückstände und Vakuumrückstände. Die vorliegende Erfindung ist am vorteilhaftesten, wenn die Beschickungen mehr als 5 oder mehr als 10 Gew.-% eines Materials enthalten, das in Raffinerien normalerweise nicht destillierbar ist. Üblicherweise sieden alle Bestandteile der Beschickung über 343ºC (650ºF) und 5 Gew.-%, 10 Gew.-% oder mehr sieden oberhalb 538ºC (1000ºF).
Es kann jeder handelsübliche FCC-Katalysator verwendet werden. Der Katalysator kann 100% amorph sein, er umfaßt jedoch vorzugsweise etwas Zeolith in einer porösen feuerfesten Matrix, z.B. Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Ton o.ä. Der Zeolith bildet üblicherweise 5 bis 40 Gew.-% des Katalysators, wobei die Matrix den Rest bildet. Herkömmliche Zeolithe umfassen Zeolithe X und Y, wobei ultrastabile Zeolithe Y oder Zeolithe Y mit relativ hohem Siliciumdioxidgehalt bevorzugt sind. Es können die Zeolithe entaluminisierter Y (DEAL Y) und ultrahydrophober Y (UHP Y) verwendet werden. Die Zeolithe können mit Seltenen Erden stabilisiert werden, z.B. 0,1 bis 10 Gew.-% RE (Seltene Erden).
Katalysatoren, die Zeolith mit relativ viel Siliciumdioxid enthalten, sind bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Sie widerstehen den hohen Temperaturen, die üblicherweise mit der vollständigen Verbrennung von CO zu CO&sub2; im FCC-Regenerator verbunden sind.
Der Katalysatorbestand kann auch einen oder mehrere Zusätze enthalten, die entweder als separate Zusatzpartikel vorhanden oder mit jedem Partikel des Crackkatalysators vermischt sind.
Diese Zusätze können zugesetzt werden, um die Octanzahl zu verbessern (formselektive Zeolithe, und zwar die mit einem Zwangsindex von 1-12, typischerweise ZSM-5, und andere Materialien mit einer ähnlichen Kristallstruktur), um SOx zu adsorbieren (Aluminiumoxid), um Ni und V zu entfernen (Mg- und Ca-Oxide).
Die FCC-Katalysatorzusammensetzung bildet an sich keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Es können herkömmliche Bedingungen des FCC-Reaktors angewendet werden. Der Reaktor kann entweder eine Riser-Crackanlage oder eine Anlage mit dichtem Bett oder beides sein. Das Cracken im Riser ist sehr bevorzugt. Typische Reaktionsbedingungen beim Riser-Cracken umfassen Katalysator/Öl-Verhältnisse von 0,5:1 bis 15:1 und vorzugsweise 3:1 bis 8:1 und eine Kontaktzeit des Katalysators von 0,5-50 Sekunden und vorzugsweise 1-20 Sekunden.
Die Bedingungen des FCC-Reaktors sind an sich herkömmlich und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Der Stripper-Kühler für den Katalysator stellt das wesentliche der vorliegenden Erfindung dar. Er bewirkt die Erwärmung des verbrauchten Katalysators, ein kräftiges Strippen und eine anschließende Abkühlung vor der Regenerierung.
Das Erwärmen des verkokten oder verbrauchten Katalysators stellt den ersten Schritt dar. Der Wärmeaustausch des verbrauchten Katalysators im direkten Kontakt mit einer Quelle des heißen regenerierten Katalysators wird angewendet, um den verbrauchten Katalysator wirksam zu erwärmen.
Der verbrauchte Katalysator aus dem Reaktor, üblicherweise mit 482 bis 621ºC (900 bis 1150ºF), vorzugsweise bei 510 bis 593ºC (950 bis 1100ºF) wird in die Strippingzone der vorliegenden Erfindung abgegeben und kommt mit dem heißen regenerierten Katalysator bei einer Temperatur von 649-927ºC (1200- 1700ºF), vorzugsweise bei 704-871ºC (1300-1600ºF) in Kontakt. Der verbrauchte und regenerierte Katalysator kann einfach der herkömmlichen Strippingzone zugesetzt werden, ohne daß spezielle Mischschritte vorgenommen werden. Die licht verwirbelnde Wirkung des Strippinggases und der normale Umfang des Rührens des durch den herkömmlichen Stripper hindurchgehenden Katalysators liefern einen ausreichenden Mischungseffekt, um den verbrauchten Katalysator zu erwärmen. Ein gewisses Vermischen des verbrauchten und des regenerierten Katalysators ist bevorzugt, um sowohl ein schnelles Erwärmen des verbrauchten Katalysators zu fördern als auch eine gleichmäßige Verteilung des verbrauchten Katalysators innerhalb der Strippingzone zu sichern. Das Mischen des verbrauchten und des regenerierten Katalysators kann gefördert werden, indem etwas Dampf zum zusätzlichen Verwirbeln oder ein anderes Strippinggas an der Stelle oder genau darunter zur Verfügung gestellt wird, wo sich die beiden Katalysatorströme mischen. Strömungsteiler, Prallbleche oder mechanische Rührer können bei Bedarf ebenfalls verwendet werden.
Die Menge des heißen regenerierten Katalysators, die dem verbrauchten Katalysator zugesetzt wird, kann stark in Abhängigkeit von der gewünschten Strippingtemperatur und der Wärmemenge variieren, die durch die Einrichtung zur Entfernung der Wärme im Stripper entfernt werden soll, die nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Im allgemeinen beträgt das Gewichtsverhältnis des regenerierten zum verbrauchten Katalysator von 1:10 bis 10:1, vorzugsweise 1:5 bis 5:1 und am bevorzugtesten 1:2 bis 2:1. Hohe Verhältnisse von regeneriertem zu verbrauchtem Katalysator werden verwendet, wenn eine extrem hohe Leistung des Strippens notwendig ist, oder wenn hohe Beträge der Entfernung der Wärme im Katalysatorkühler des Strippers angestrebt werden. Geringe Verhältnisse werden angewendet, wenn die gewünschte Strippingtemperatur oder die Leistung des Strippens bei kleineren Mengen des regenerierten Katalysators erreicht werden können, oder wenn die Entfernung der Wärme aus dem Stripper-Kühler begrenzt sein muß.
Bedingungen hoher Temperatur beim Strippen umfassen üblicherweise Temperaturen von mindestens 28ºC (50ºF) mehr als der Auslaß des Riser-Reaktors, sie sollten jedoch weniger als 816ºC (1500ºF) betragen. Die Temperaturen liegen vorzugsweise im Bereich von 42ºC (75ºF) oberhalb der des Reaktorauslasses und etwa 704ºC (1300ºF). Üblicherweise werden die besten Ergebnisse mit Temperaturen des heißen Strippens von 566-649ºC (1050-1200ºF) erreicht.
Nach der ersten Stufe des Strippens im Bett 31 erhält die Mischung des regenerierten und verbrauchten Katalysators eine zweite Stufe des Strippens und wird gleichzeitig durch indirekten Wärmeaustausch abgekühlt. Die zweite Stufe des Strippens wird vorzugsweise sofort nach der ersten oder Hochtemperatur-Strippingstufe durchgeführt. Die zweite Stufe kann im unteren Teil des Gefäßes 30, das beide Strippingstufen enthält, wie es in der Figur gezeigt ist, oder im separaten Gefäß sein.
Die zweite Stufe des Strippens wird durch eine verringerte Temperatur gekennzeichnet - nicht notwendigerweise am Einlaß, jedoch ganz bestimmt am Auslaß. Die zweite Stufe kann das gleiche Strippinggas wie die erste Stufe verwenden (üblicherweise wird in der ersten oder Hochtemperatur-Strip pingstufe Dampf angewendet). Die Dämpfe des Strippers von der zweiten Stufe können mit dem Dampf der gecrackten Produkte, mit in der ersten Stufe des Strippers erzeugtem Dampf, vermischt oder getrennt von jedem anderen Dampfstrom aus der FCC- Anlage behandelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann Abgas oder CO oder ein anderes bestimmtes Strippinggas verwenden, das so aufgebaut ist, daß es zusätzlich zum Strippen eine gewisse chemische Reaktion hervorrufen kann.
In einigen Fällen stellt eine größere Dampfmenge das bevorzugte Strippingmedium in der zweiten Stufe dar, während die Stripperdämpfe der zweiten Stufe einfach mit dem Stripperdampf der ersten Stufe vermischt werden. Es ist vorzugsweise ein separater Auslaß für den Stripperdampf für die zweite Stufe vorgesehen, so daß der stripper/Kühler-Dampf eher entfernt werden kann, als daß er zwangsweise durch den Stripper der ersten Stufe geleitet wird.
Das Abkühlen des abgetrennten Katalysators im Stripper der zweiten Stufe ist wesentlich. Es können ein Wärmeaustauscher mit einem mit Vertiefungen versehenen Mantel, ein eingeschraubtes Rohrbündel, kreisförmige Rohre usw. angewendet werden, um die Einrichtung zur Entfernung der Wärme vom Katalysator im Stripper der zweiten Stufe zu bilden. Das in der Zeichnung gezeigte eingeschraubte Rohrbündel ist bevorzugt, da diese Gegenstände im Handel leicht erhältlich und einfach in vorhandene oder neue FCC-Stripper eingebaut werden können. Das Rohrbündel kann sich bei Temperaturveränderungen frei ausdehnen und zusammenziehen, so daß diese Einrichtung nur an ihrer Unterseite abgedichtet werden muß, an der sie in den Stripper eingeschraubt ist.
Alternativ oder zusätzlich zum eingeschraubten Wärmeaustauscher kann ein separates Strippinggefäß der zweiten Stufe vorgesehen sein. Heißer Katalysator vom Stripper der ersten Stufe kann in das Strippergefäß der zweiten Stufe abgegeben werden, das eine Wärmeaustauscheinrichtung, einen Einlaß für das Fluidisierungs/Stripping-Gas, einen Auslaß für den abgekühlten gut abgetrennten Katalysator und einen Auslaß für den Strippingdampf der zweiten Stufe enthält.
Wenn in der vorhandenen FCC-Anlage nicht genügend Raum vorhanden ist, um ein langes Wärmeaustauschbündel am Boden des vorhandenen Strippers einzuschrauben, oder wenn ein Stripper der zweiten Stufe hinzugefügt werden kann, jedoch eine Schwerkraftströmung vom Stripper der zweiten Stufe zum Regenerator für den Katalysator nicht möglich ist, ist die Anwendung eines separaten Strippergefäßes der zweiten Stufe bevorzugt. Solange der Stripper der zweiten Stufe heißen Katalysator vom Stripper der ersten Stufe empfängt und diesen abtrennt und gleichzeitig abkühlt, ist das Endergebnis das gleiche. Ein separates Gef äß, das als Thermosiphon-Reboiler arbeitet, stellt eine bevorzugte Ausführungsform des Strippers der zweiten Stufe dar. Bei dieser Ausführungsform verhält sich der Stripper der zweiten Stufe wie ein Reboiler in einer Destillationskolonne. Einem Gefäß, das mit Strippingdampf "zum sieden gebracht wird", wird ein Fluid zugesetzt, und dieses siedende Fluid läuft im Kreislauf zum unteren Teil des Strippers der ersten Stufe zurück, worin abgekühlt er abgetrennt er Katalysator vom Stripperdampf getrennt werden kann. Bei dieser Ausführungsform können extrem große Masseströmungen des heißen Katalysators entlang der Wärmeaustauschoberfläche auf Kosten eines größeren Energieverbrauchs erreicht werden, indem das Strippingfluid in die Unterseite des Thermosiphons eingeblasen wird, um den Katalysator tonnenweise in eine größere Höhe zu befördern, damit er in die Unterseite des primären Strippers oder in den FCC-Regenerator abgegeben wird.
Der Zusatz des Strippinggases ist wesentlich, um ein gutes Strippen zu erreichen und die Verwirbelung und das Durchmischen zu schaffen, die für eine wirksame Wärmeübertragung notwendig sind. Die Wärmeübertragungskoeffizienten des verwirbelten Bett es der dichten Phase sind hoch und leicht berechenbar.
Diese Erfindung kann FCC-Anlagen, die jeden Typ des Regenerators anwenden, ausnutzen, dies reicht von Regeneratoren mit einem einzelnen dichten Bett bis zur moderneren Gestaltung mit hoher Leistungsfähigkeit, die in der Figur gezeigt ist.
Regeneratoren mit einem einzelnen wirbelbett in dichter Phase können verwendet werden, sind jedoch nicht bevorzugt. Diese arbeiten im allgemeinen mit verbrauchtem Katalysator und Verbrennungsluft, die der dichten Phase des Wirbelbetts in einem großen Gefäß zugesetzt wird. Es besteht eine relativ deutliche Grenzlinie zwischen der dichten Phase und der darüber liegenden verdünnten Phase. Der heiße regenerierte Katalysator wird vom dichten Bett abgezogen, damit er im katalytischen Crackverfahren wiederverwendet und im heißen Stripper der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
Hochleistungs-Regeneratoren, vorzugsweise die in der Figur gezeigten und beschriebenen, sind die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung bevorzugten Regeneratoren des Katalysators.

BEDINGUNGEN DES FCC-REGENERATORS

Die Temperaturen, der Druck, die Strömungsgeschwindigkeiten von Sauerstoff usw. liegen innerhalb großer Bereiche, die sich bisher für FCC-Regeneratoren als geeignet erwiesen haben, insbesondere bei jenen, die mit einer im wesentlichen vollständigen CO-Verbrennung zu CO&sub2; innerhalb der Regenerierungszone arbeiten. Geeignete und bevorzugte Betriebsbedingungen sind: umfangareich bevorzugt Temperatur, ºC (ºF) Verweilzeit d. Katalysators, s Druck, Atmosphären (bar) % O&sub2;, stöchiometrisch
Die Verwendung des Promotors für die CO-Verbrennung im Regenerator oder in der Verbrennungszone ist für die Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich, jedoch bevorzugt. Diese Materialien sind allgemein bekannt.
US-Patent Nr. 4 072 600 und US-Patent Nr. 4 235 754 beschreiben den Betrieb eines FCC-Regenerators mit geringen Mengen des Promotors für die CO-Verbrennung. Es können von 0,01 bis 100 ppm des Metalls Pt oder eine genügende Menge eines anderen Metalls, um die gleiche CO-Oxidation zu erhalten, mit guten Ergebnissen verwendet werden. Mit 0,1 bis 10 Gew.-ppm Platin, das auf dem Katalysator in der Anlage vorhanden ist, werden sehr gute Ergebnisse erhalten. In Regeneratoren vom Verwirbelungstyp erfolgt der Betrieb üblicherweise mit 1 bis 7 ppm Pt. Pt kann durch andere Metalle ersetzt werden, dann ist jedoch üblicherweise mehr Metall notwendig. Es ist eine Menge des Promotors bevorzugt, die eine CO-Oxidationsaktivität ergeben würde, die 0,3 bis 3 Gew.-ppm Platin gleicht.
In herkömmlicher Weise geben die Raf fineure den Promotor für die CO-Verbrennung zu, um die gesamte oder teilweise Verbrennung von CO zu CO&sub2; im FCC-Regenerator zu fördern. Ohne eine übermäßig nachteilige Wirkung kann mehr Promotor für die CO- Verbrennung zugesetzt werden - die primäre nachteilige Wirkung wäre die Vergeudung durch die Zugabe von mehr Promotor für die CO-Verbrennung als für die Verbrennung des gesamten CO erforderlich wäre.
Die vorliegende Erfindung kann mit sehr geringen Werten des Promotors für die CO-Verbrennung arbeiten, wobei immer noch eine relativ vollständige CO-Verbrennung erreicht wird, da die hochsiedende Rückstandsbeschickung üblicherweise große Koksmengen auf dem Katalysator ablagert und extrem hohe Regeneratortemperaturen ergibt. Diese Gestaltung des Hochleistungsregenerators ist besonders gut, um eine vollständige CO-Verbrennung im Förder-Riser der verdünnten Phase zu erreichen, selbst ohne daß irgendein Promotor für die CO-Verbrennung vorhanden ist, vorausgesetzt, daß ausreichend heißer regenerierter Katalysator vom zweiten dichten Bett zum Combustor für den Koks rezirkuliert wird. Der Katalysatorumlauf zum Combustor für den Koks fördert die hohen Temperaturen, die für die schnelle Koksverbrennung im Combustor für den Koks und für die CO-Verbrennung in der verdünnten Phase im Förder-Riser der verdünnten Phase notwendig sind.
Üblicherweise ist es bevorzugt, mit viel höheren Werten des Promotors für die CO-Verbrennung zu arbeiten, wenn entweder eine teilweise CO-Verbrennung angestrebt wird, oder wenn mehr als 5-10% der Koksverbrennung zum zweiten dichten Bett verschoben werden. Mehr Promotor für die CO-Verbrennung ist notwendig, da eher die Katalyse als die hohe Temperatur für einen gleichmäßige Betrieb verantwortlich ist.
Dieses Konzept fördert die Entwicklung einer katalytischen Crackvorrichtung für hochsiedendes Öl (Rückstandsöl) und einer Hochtemperatur-Crackanlage für herkömmliche Gasöle. Dieses Verfahren kombiniert die Regelung der Katalysatordeaktivierung mit einem geregelten Wert der Kohlenstoffverunreinigung auf dem Katalysator und der Regelung der Temperaturwerte im Stripper und im Regenerator.
Die Temperatur im heißen Stripper regelt die Menge des im heißen Stripper vom Katalysator entfernten Kohlenstoffs. Folglich regelt der heiße Stripper die Menge an Kohlenstoff (und Wasserstoff, Schwefel), die auf dem Katalysator für den Regenerator verbleibt. Dieser Restkohlenstoffwert regelt den Temperaturanstieg zwischen dem Reaktor-Stripper und dem Regenerator. Der heißer Stripper regelt auch den Wasserstoffgehalt des verbrauchten Katalysators, der zum Regenerator geschickt wird, als Funktion des restlichen Kohlenstoffs. Folglich regelt der heiße Stripper die Temperatur und den Betrag der hydrothermischen Deaktivierung des Katalysators im Regenerator. Dieses Konzept kann in einem mehrstufigen Stripper mit einer Vielzahl von Temperaturen oder in einem einstufigen Stripper durchgeführt werden.
Die Anwendung eines heißen Strippers, um Kohlenstoff auf dem Katalysator zu entfernen, verringert die Umweltverschmutzung eher als die Regenerierungsstufe und ermöglicht es, daß der gesamte in der Reaktion erzeugte Kohlenstoff bei Bedarf zu CO&sub2; verbrannt wird.
Der abgetrennte Katalysator wird (als Funktion seines Kohlenstoffwertes) auf die gewünschte Einlaßtemperatur für den Regenerator abgekühlt, um den gewünschten Regenerierungsgrad zu regeln, dies erfolgt in Kombination mit den anderen Variablen des gewünschten CO/CO&sub2;-Verhältnisses der geforderten Menge an abgebrannten Kohlenstoff, der Rezirkulationsgeschwindigkeit des Katalysators vom Regenerator zum heißen Stripper und dem gewünschten Grad von Entschwefelung/Denitrierung/Decarbonisierung im heißen Stripper. Die Erhöhung des CO/CO&sub2;-Verhältnisses verringert die im Regenerator erzeugte Wärme und folglich die Regeneratortemperatur. Das Verbrennen des Koks, der am Katalysator im Regenerator haftet, zu CO entfernt den Koks, als würde Koks zu CO&sub2; verbrennen, das Verbrennen zu CO erzeugt jedoch weniger Wärme als das Verbrennen zu CO&sub2;. Der Betrag des Abbrennens von Kohlenstoff (Koks) beeinflußt die Regeneratortemperatur, da ein stärkeres Wegbrennen von Kohlenstoff eine größere Wärme erzeugt. Die Rezirkulationsgeschwindigkeit des Katalysators vom Regenerator zum heißen Stripper beeinflußt die Regeneratortemperatur, da eine steigende Menge des heißen Katalysators vom Regenerator zum heißen Stripper die Temperatur des heißen Strippers erhöht. Folglich entfernt die erhöhte Temperatur des heißen Strippers größere Menge von Koks, so daß weniger Koks im Regenerator verbrannt werden muß; folglich kann die Regeneratortemperatur abnehmen.
Der Kühler für den Katalysator regelt die Regeneratortemperatur, wodurch der heiße Stripper bei Temperaturen oberhalb der höchsten Temperatur des Riser arbeiten kann, wobei der Regenerator unabhängig vom Stripper betrieben werden kann.
Die Verwendung eines zusätzliche Kühlers für den Katalysator, für den den Stripper verlassenden Katalysator, ermöglicht sogar eine stärkere Zirkulation des Katalysators zum Riser-Regenerator, um die Katalysatordichte im Riser-Regenerator zu erhöhen, wobei die Regeneratortemperatur geregelt wird. Dies verringert die Deaktivierung des Katalysators und liefert eine weitere Möglichkeit der Regelung.
Die vorliegende Erfindung trennt den Katalysator bei einer Temperatur oberhalb der Temperatur des Auslasses des Riser, um Wasserstoff als molekularen Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe vom Koks abzutrennen, der am Katalysator haftet. Dies minimiert die Dampfbehandlung des Katalysators oder den hydrothermischen Abbau, der typischerweise auftritt, wenn Wasserstoff mit Sauerstoff im FCC-Regenerator reagiert, um Wasser zu bilden. Dieser Hochtemperatur-Stripper (heiße Stripper) entfernt auch einen großen Teil des schwefels vom verkokten Katalysator als Schwefelwasserstoff und Mercaptane, die leicht ausgewaschen werden können. Im Gegensatz dazu erzeugt das Verbrennen vom verkokten Katalysator im Regenerator SOx im Regeneratorabgas. Dieses Strippen bei hoher Temperatur gewinnt zusätzliche wertvolle Kohlenwasserstoffprodukte, um das Verbrennen dieser Kohlenwasserstoffe im Regenerator zu verhindern. Ein weiterer Vorteil des Hochtemperatur-Strippers besteht darin, daß er die Kohlenwasserstoffe schnell vom Katalysator trennt. Wenn der Katalysator zu lange bei einer Temperatur in der Nähe von oder oberhalb 538ºC (1000ºF) mit Kohlenwasserstoffen in Kontakt kommt, werden Diolefine erzeugt, die für die stromabwärtige Verarbeitung, z.B. eine Alkylierung, unerwünscht sind. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch eine genau geregelte kurze Kontaktzeit bei 538ºC (1000ºF) oder mehr, um unverbleites Premiumbenzin mit hoher Selektivität zu erzeugen.
Der Wärmeaustauscher (Kühler für den Katalysator) regelt die Regeneratortemperatur. Dies ermöglicht es, daß der heiße Stripper bei der gewünschten Temperatur arbeitet, um Schwefel und Wasserstoff zu regeln, ohne daß die gewünschte Regeneratortemperatur gestört wird. Es ist erwünscht, den Regenerator bei mindestens 55ºC (100ºF) oberhalb des heißen Strippers zu betreiben. Üblicherweise sollte der Regenerator bei weniger als 871ºC (1600ºF) gehalten werden, um eine thermische Deaktivierung des Katalysators zu verhindern, obwohl etwas höhere Temperaturen toleriert werden können, wenn eine gestaffelte Regenerierung des Katalysators mit einer Entfernung des Abgases zwischen den Stufen angewendet wird.

Claims

1. Katalytisches Wirbelschichtcrackverfahren, worin eine hochsiedende Kohlenwasserstoffbeschickung, die Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt oberhalb 343ºC (650ºF) umfaßt, katalytisch zu geringersiedenden Produkten gecrackt wird, welches die Schritte umfaßt:

a) katalytisches Cracken der Beschickung in einer katalytischen Crackzone, die bei katalytischen Crackbedingungen arbeitet, durch Kontakt der Beschickung mit einer Quelle eines heißen regenerierten Katalysators, um eine Abflußmischung der Crackzone zu erzeugen, die gecrackte Produkte und verbrauchten Crackkatalysator umfaßt, der Koks und abtrennbare Kohlenwasserstoffe enthält;

b) Trennung der Abflußmischung der Crackzone in eine Dampfphase, die reich an gecracktem Produkt ist, und eine feststoffreiche Phase, die den verbrauchten Katalysator und abtrennbare Kohlenwasserstoffe umfaßt;

c) Erwärmen der feststoffreichen Phase durch deren Vermischung mit einer Quelle des heißen regenerierten Katalysators, der eine höhere Temperatur als die feststoffreiche Phase hat, um eine Katalysatormischung zu erzeugen, die verbrauchten und regenerierten Katalysator umfaßt und eine Temperatur zwischen der der feststoffreichen Phase und der des regenerierten Katalysators hat;

d) Strippen der Katalysatormischung in einer primären Trennstufe mit einem Strippinggas, um die abtrennbaren Verbindungen vom verbrauchten Katalysator zu entfernen;

e) Leiten der Katalysatormischung von der primären Trennstufe zu einer sekundären Trennstufe;

f) Strippen und Abkühlen der Katalysatormischung in der sekundären Trennstufe durch Verwirbelung der Katalysatormischung mit einem Strippinggas und Abführung der Wärme von der Katalysatormischung durch indirekten Wärmeaustausch mit einer Wärmeaustauscheinrichtung mit einem Wärmeübertragungskoeffizient, wobei dieser Wärmeübertragungskoeffizient für den indirekten Wärmeaustausch von der Katalysatormischung entlang der Wärmeaustauscheinrichtung größer als der Wärmeübertragungskoeffizient entlang der indirekten Wärmeaustauscheinrichtung ist, der ohne das Vorhandensein von Strippinggas erhalten werden kann, um eine abgekühlte abgetrennte Katalysatormischung mit einem verringerten Gehalt an abtrennbaren Kohlenwasserstoffen zu erzeugen;

g) Regenerierung der abgekühlten abgetrennten Katalysatormischung durch Kontakt mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in einer Regenerierungseinrichtung, um als Folge der Verbrennung von Koks auf dem verbrauchten Katalysator regenerierten Katalysator mit einer höheren Temperatur als die Temperatur der Katalysatormischung und Abgas zu erzeugen, das aus der Regenerierungszone entfernt wird;

h) Rezirkulierung eines Teils des regenerierten Katalysators zur Crackreaktionszone, um eine weitere Kohlenwasserstoffbeschickung zu cracken; und

i) Rezirkulierung eines Teils des regenerierten Katalysators zur primären Trennstufe, um den verbrauchten Katalysator zu erwärmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Strippinggas in der ersten Stufe des Strippens Dampf ist, und worin die abtrennbaren Kohlenwasserstoffe, die in der ersten Stufe des Strippens entfernt werden, mit den gecrackten Produkten gemischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Strippinggas in der zweiten Stufe des Strippens Dampf ist, und worin die abtrennbaren Kohlenwasserstoffe, die in der zweiten Stufe des Strippens entfernt werden, mit gecrackten Produkten gemischt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Strippinggas in der zweiten Stufe des Strippens aus der Gruppe H&sub2;, CO, CO&sub2; und Abgas ausgewählt ist, und worin die abtrennbaren Kohlenwasserstoffe und das Abgas, die in der zweiten Stufe des Strippens entfernt werden getrennt von den gecrackten Produkten aus dem katalytischen Crackverfahren entfernt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verhältnis von regeneriertem zu verbrauchtem Katalysator in der ersten Strippingzone 0,05:1 bis 1:1 beträgt und die Temperatur der Mischung aus regeneriertem und verbrauchtem Katalysator im Bereich von 27,7ºC (50ºF) oberhalb der Abflußtemperatur der Crackzone bis 815,5ºC (1500ºF) liegt und die Menge des Strippinggases, das der ersten Strippingzone zugesetzt wird, 0,5 bis 10 Gew.-% des verbrauchten Katalysators gleicht, der der Strippingzone der ersten Stufe zugesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Temperatur der Mischung des regenerierten und des verbrauchten Katalysators in der zweiten Strippingzone durch indirekten Wärmeaustausch um 27,7ºC (50ºF) bis 111,1ºC (200ºF) verringert wird und die Menge des Strippinggases, das der Strippingzone der zweiten Stufe zugesetzt wird, 0,5 bis 10 Gew.-% des verbrauchten Katalysators gleicht, der der Strippingzone der zweiten Stufe zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Strippingzone der zweiten Stufe ein separates Gefäß umfaßt, das die Wärmeaustauscheinrichtung enthält, und die Zone einen Einlaß für die Katalysatormischung von der ersten Strippingstufe, einen Einlaß in ihrem unteren Abschnitt für das Strippinggas der zweiten Stufe und einen oberen Auslaß für eine verwirbelte Mischung des Strippinggases und der abgekühlten Katalysatormischung aufweist, und worin die abgegebene abgekühlte Mischung in eine abgekühlte Mischung, die dem Regenerator für den Katalysator zugeführt wird, und eine Strippinggas-Phase aufgetrennt wird, die abtrennbare Kohlenwasserstoffe enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, worin die katalytische Crackzone einen Riser-Reaktor umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Regenerator umfaßt:

eine Riser-Mischungszone mit einem Einlaß an ihrer Unterseite für die abgekühlte Katalysatormischung und für ein sauerstoffhaltiges Gas und einem Auslaß an der Oberseite, der mit der Koksverbrennungszone verbunden werden kann;

eine Koksverbrennungszone, die so gestaltet ist, daß sie ein schnell verwirbeltes Bett des Katalysators darin aufrechterhalten kann, die in ihrem unteren Abschnitt einen Katalysatoreinlaß, der mit dem Auslaß der Riser- Mischungszone verbunden werden kann, einen Einlaß innerhalb des schnell verwirbelten Bettes für zusätzlichen Sauerstoff oder sauerstoffhaltiges Gas und in ihrem oberen Abschnitt einen Auslaß aufweist, der mit dem Förder- Riser der verdünnten Phase verbunden werden kann, wobei mindestens ein Teil des Koks auf dem verbrauchten Katalysator verbrannt wird, um ein Abgas zu bilden, das CO und CO&sub2; umfaßt;

einen Förder-Riser der verdünnten Phase mit einem Einlaß an seinem unteren Abschnitt, der mit dem Auslaß der Koksverbrennungszone verbunden werden kann, und einem Auslaß in seinem oberen Abschnitt, wobei mindestens ein Teil des CO im Abgas im Kiser zu CO&sub2; nachverbrannt wird, um mindestens teilweise regenerierten Katalysator zu erzeugen, der aus dem Auslaß des Förder-Risers der verdünnten Phase in das Aufnahmegefäß des zweiten dichten Bettes abgegeben wird;

ein Aufnahmegefäß für das dichte Bett, das so gestaltet ist, daß es in seinem unteren Abschnitt eine dichte Phase eines verwirbelten Bettes des Katalysators aufnimmt, das eine Einlaß- und Trenneinrichtung aufweist, die mit dem Auslaß des Förder-Risers der verdünnten Phase verbunden werden kann, um das Material, das vom Förder-Riser abgegeben wird, aufzunehmen und in eine abgasreiche Phase und eine an Katalysator reiche Phase zu trennen, die als Wirbelbett in dichter Phase im unteren Abschnitt des Aufnahmegefäßes aufgefangen wird, wobei dieses Gefäß eine Auslaßeinrichtung für den regenerierten Katalysator aufweist, die mit dem Wirbelbett des Katalysators mit dichter Phase verbunden werden kann; und eine Umlaufeinrichtung für den Katalysator, die mit der katalytischen Crackreaktionszone und mit der Strippingzone der primären Stufe verbunden werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Menge an Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas dem Riser-Mischer in einer solchen Menge zugesetzt wird, daß der Temperaturanstieg im Riser-Mischer begrenzt wird, und worin die Temperaturen in der Koksverbrennungszone erhöht werden, indem heißer regenerierter Katalysator vom dichten Bett im Aufnahmegefäß zur Koksverbrennungszone zum Riser-Mischer rezirkuliert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Crackkatalysator ein Promotor für die CO-Verbrennung vorhanden ist, der auf der Basis des Gewichtes der Partikel im Regenerator 0,01 bis 50 ppm eines Metalls der Platingruppe oder eines anderen Metalls mit einer äquivalenten CO-Oxidationsaktivität auf elementarer Metallbasis umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, worin der Koks auf dem verbrauchten Katalysator Wasserstoff und Kohlenstoff umfaßt, der Hauptteil des Wasserstoffs im Riser verbrannt wird und 20 bis 90% des Kohlenstoffs in der Koksverbrennungszone verbrannt werden, um eine Mischung aus Katalysator mit verringertem Koksgehalt und Abgas zu bilden, das CO und CO&sub2; umfaßt, ein Teil des CO im Förder-Riser der verdünnten Phase zu CO&sub2; nachverbrannt wird, und der Abfluß des Riser in eine an Katalysator reiche Phase, die nach unten abgegeben wird, um im Aufnahmegefäß ein Wirbelbett mit dichter Phase zu bilden, und eine Abgas- Phase getrennt wird, die Wasser der Verbrennung enthält, das durch die Verbrennung von Wasserstoff im Riser-Mischer gebildet wurde, und wobei 5-50% des Koks, der auf dem Katalysator verbleibt, der aus dem Förder-Riser der verdünnten Phase abgegeben wird, im dichten Bett in diesem Aufnahmegefäß verbrannt wird.

13. Vorrichtung zum katalytischen Wirbelschichtcracken einer hochsiedenden Kohlenwasserstoffbeschickung, die Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt oberhalb etwa 343ºC (650ºF) umfaßt, zu geringersiedenden Produkten, indem diese Beschickung mit einem katalytischen Crackkatalysator in Kontakt gebracht wird, wobei diese Vorrichtung umfaßt:

a) eine katalytische Crackreaktoreinrichtung mit einem Einlaß, der mit der Beschickung und mit einer Quelle des heißen regenerierten Katalysators verbunden werden kann, und einem Auslaß zur Abgabe der Abflußmischung der Crackzone, die gecrackte Produkte und verbrauchten Crackkatalysator umfaßt, der Koks und abtrennbare Kohlenwasserstoffe enthält;

b) eine Abtrenneinrichtung, die mit dem Reaktorauslaß verbunden ist, um die Abflußmischung der Crackzone in eine Dampfphase, die reich an gecracktem Produkt ist, und eine feststoffreiche Phase zu trennen, die den verbrauchten Katalysator und abtrennbare Kohlenwasserstoffe enthält;

c) eine primäre Trenneinrichtung, die einen Einlaß für die Quelle des heißen regenerierten Crackkatalysators, einen Einlaß für den verbrauchten Katalysator, einen Einlaß für das Strippinggas, einen Dampfauslaß für den Dampf der primären Trennstufe und einen Feststoffauslaß zur Abgabe der abgetrennten Feststoffe umfaßt;

d) eine sekundäre Trenneinrichtung, die ein Gefäß umfaßt, das so gestaltet ist, daß es das Wirbelbett des Katalysators aufnimmt, und einen Einlaß für die abgetrennten Feststoffe, der mit dem Feststoffauslaß der primären Trenneinrichtung verbunden werden kann, eine indirekte Wäremaustauscheinrichtung, die in einer Höhe in das Wirbelbett des Katalysators im sekundären Trenngefäß getaucht ist, um Wärme zu entfernen, einen Einlaß für das Strippinggas der sekundären Stufe an einer Höhe unterhalb der Wärmeaustauscheinrichtung, einen Auslaß für den abgetrennten Katalysator aufweist;

e) eine Regenerierungseinrichtung für den Katalysator, die einen Einlaß, der mit dem Auslaß für den Katalysator von der sekundären Trenneinrichtung verbunden werden kann, einen Regenerierungsgaseinlaß, einen Abgasauslaß und einen Auslaß zur Entfernung des heißen regenerierten Katalysators aufweist; und

f) eine Katalysatorumlaufeinrichtung, die mit der katalytischen Crackreaktionszone und der primären Trennzone verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin der Abfluß des Strippinggases von der ersten Stufe des Strippens mit gecrackten Produkten vermischt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin der Abfluß des Strippinggases von der zweiten Stufe des Strippens mit den gecrackten Produkten vermischt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin der Strippinggasabfluß von der zweiten Stufe des Strippens separat von den gecrackten Produkten aus dem katalytischen Crackverfahren entfernt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die erste Strippingzone und die zweite Strippingzone in einem einzigen Gefäß enthalten sind, und worin die erste Strippingzone oberhalb der zweiten Strippingzone liegt, der Katalysator von der ersten Strippingzone durch die Schwerkraftströmung nach unten in die zweite Strippingzone fließt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die zweite Strippingzone in einem Gefäß enthalten ist, das vom Gefäß der ersten Strippingzone getrennt ist, und worin sich die erste Strippingzone oberhalb der zweiten Strippingzone befindet, der Katalysator von der ersten Strippingzone durch die Schwerkraftströmung nach unten in die zweite Strippingzone fließt und die Verwirbelung in der zweiten Strippingzone das Niveau des Katalysators in dieser Zone anhebt, wobei das Niveau des abgetrennten Katalysators von der zweiten Stufe der Strippingzone ansteigt, wodurch der abgetrennte Katalysator von der sekundären Strippingzone durch die Schwerkraft in die Regenerierungszone strömt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, worin das Gefäß der Strippingzone der zweiten Stufe einen Einlaß für die Katalysatormischung aus der ersten Strippingstufe, einen Einlaß in seinem unseren Abschnitt für das Strippinggas der zweiten Stufe und einen oberen Auslaß für die verwirbelte Mischung aus Strippinggas und abgekühlt er Katalysatormischung und eine Trenneinrichtung für den oberen Abschnitt des abgetrennten Katalysators und das Strippinggas umfaßt, worin die abgegebene abgekühlte Mischung in eine abgekühlte Mischung, die zum Katalysator-Regenerator abgegeben wird, und eine Strippinggas-Phase aufgeteilt wird, die abtrennbare Kohlenwasserstoffe enthält

20. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die katalytische Crackzone einen Riser-Reaktor umfaßt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin der Regenerator umfaßt:

einen Förder-Riser der verdünnten Phase mit einem Einlaß an seinem unteren Abschnitt, der mit dem Auslaß der Koksverbrennungszone verbunden werden kann, und einem Auslaß in seinem oberen Abschnitt, wobei mindestens ein Teil des CO im Abgas im Riser zu CO&sub2; nachverbrannt wird, um mindestens teilweise regenerierten Katalysator zu erzeugen, der aus dem Auslaß des Förder-Risers der verdünnten Phase in das Aufnahmegefäß des zweiten dichten Bettes abgegeben wird;