DE69006815T2

DE69006815T2 - Verfahren zum katalytischen Kracken eines Kohlenwasserstofföls.

Info

Publication number: DE69006815T2
Application number: DE69006815T
Authority: DE
Inventors: Frank Hsian Hok Khouw; Martin Jean Pierre Co Nieskens; Marinus Johannes Spiessens; Jouke Jan Woudstra
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1990-10-11
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2010-10-12
Also published as: CN1051053A; KR910008111A; JP2841118B2; GB8923345D0; CN1024133C; CA2027688A1; BR9005171A; AU6462890A; TW283165B; JPH03140395A; ES2050940T3; RU2002795C1; CA2027688C; MY106835A; DE69006815D1; EP0423876B1; ATE101872T1; KR0162494B1; AU637148B2; EP0423876A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einführen eines Kohlenwasserstofföls in einen katalytischen Crackreaktor.
Die US-Patentschrift 3 812 029 beschreibt eine in der Fußwand eines katalytischen Crackreaktors angeordnete Vorrichtung, die ein Innenrohr zum Einführen des Kohlenwasserstofföl-Einsatzmaterials und ein konzentrisches Außenrohr zum Einführen von Dampf und Zerstäubungsgas umfaßt, wobei jedes Rohr am stromabwärtigen Ende mit einer Düse abschließt und wobei das Außenrohr weiter in den Reaktor hineinreicht als das Innenrohr Die Vorrichtung ist so konstruiert, daß ein Zusetzen der Düsen durch das Speisematerial verhindert wird, indem die Einsatzmaterial-Düse vor der vollen Hitze des Reaktors geschützt wird und das Einsatzmaterial in die Kata1ysatorzone hineingeführt wird, ohne die Reaktorwände zu berühren Von einer verbesserten Zerstäubungskraft der Düse wird nichts gesagt.
In EP-A-0 239 171 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermischen von Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial und Zerstäubungsgas vor dem Einführen in einen katalytischen Crackreaktor beschrieben, wobei die Vorrichtung einen rohrförmigen Mischabschnitt umfaßt, der an seinem stromaufwärtigen Ende eine ringförmige Einlaßöffnung für das Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial aufweist, die innerhalb coaxial angeordneter Einlaßmittel für das Zerstäubungsgas definiert ist, sowie eine Auslaßöffnung für das Gemisch aufweist. Das Einsatzmaterial wird bei Kontakt mit dem umgebenden Gasstrom atomisiert und in den Reaktor als ein Tröpfchensprühnebel eingeführt.
In EP-A-0 318 185 wird eine Vorrichtung zum Einführen von Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial in den Steigerabschnitt einer fluidkatalytischen Crackeinheit beschrieben, welche Vorrichtung einen Inline-Dampfringzerstäuber und einen stromabwärts vom Zerstäuber gelegenen vergroßerten Abschnitt umfaßt Der Dampfringzerstäuber wird aus einer Dampfleitung gespeist, wodurch Dampf in einen Ringraum um eine Speiseleitung herum eingeführt wird und in die Speiseleistung parallel zur Strömung des Einsatzmaterials über eine Ringöffnung eintritt.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum katalytischen Cracken eines Kohlenwasserstofföls, worin ein Gas/Kohlenwasserstofföl-Gemisch in den Reaktor mittels wenigstens einer Vorrichtung eingeführt wird, die wenigstens eine Speiseeinrichtung umfaßt, deren Wand Öffnungen aufweist, wobei das Kohlenwasserstofföl in die Speiseeinrichtung eingeführt und darin mit einem im wesentlichen umgebenden Gas vermischt wird, das unter Druck in die Speiseeinrichtung durch die in ihrer Wand vorgesehenen Öffnungen eintritt.
In dieser Weise wird das Kohlenwasserstofföl in vorteilhafter Weise min dem Gas vermischt, bevor es in den Reaktor eintritt. Als Ergebnis hievon wird eine optimale Verteilung des Kohlenwasserstofföls über die Katalysatorteilchen erzielt, wenn das Kohlenwasserstofföl mit den Katalysatorteilchen im Reaktor in Berührung gebracht wird. In dieser Weise kann eine hervorragende Leistung einer katalytischen Crackeinheit verwirklicht werden.
Es wurde gefunden, daß ein geeignetes Vermischen des Kohlenwasserstofföls mit dem Gas erreicht werden kann, wenn das Gas/Kohlenwasserstofföl-Gemisch Gas in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Kohlenwasserstofföl, vorzugsweise von 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf Kohlenwasserstofföl, umfaßt.
Vorzugsweise wird das Vermischen des Kohlenwasserstofföls mit dem Gas derart vorgenommen, daß das Verhältnis der Gasströmungsgeschwindigkeit zur Kohlenwasserstofföl-Strömungsgeschwindigkeit (m/s) im Bereich von 2 bis 30 liegt, wobei die Gasströmungsgeschwindigkeit als die Geschwindigkeit des Gases, berechnet in den Öffnungen in der Wand der Speiseeinrichtung, definiert ist. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Gasströmungsgeschwindigkeit/Kohlenwasserstofföl-Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 5 bis 15.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise derart ausgeführt, daß der Druck des in die Speiseeinrichtung eintretenden Gases im Bereich von 2 x 10&sup5; bis 15 x 10&sup5; Pa (2 bis 15 bar), vorzugsweise im Bereich von 5 x 10&sup5; bis 10 x 10&sup5; Pa (5 bis 10 bar) liegt. Zweckmäßig tritt das Gas/Kohlenwasserstofföl-Gemisch mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 400 m/s in den Reaktor ein. Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Gase eingesetzt werden. Die Gase, die zweckmäßig in erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz gelangen, umfassen beispielsweise Kohlenwasserstoffgas mit vier oder weniger Kohlenstoffatomen, Raffineriegase (einschließlich H&sub2;S), Dampf und/oder ein beliebiges Gemisch hievon Bevorzugt wird Dampf eingesetzt
In geeigneter Weise wird das vorliegende Verfahren unter Anwendung einer Vorrichtung zum Einführen des Kohlenwasserstofföls vorgenommen, die mehr als eine Speiseeinrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfaßt.
In geeigneter Weise ist das stromaufwärtige Ende der Vorrichtung zum Einführen des Kohlenwasserstofföls oberhalb einem Einlaßmittel zum Zuführen von Katalysatorteilchen angeordnet.
Die Öffnungen in der Speiseeinrichtung der im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Vorrichtung sind zweckmäßig nahe dem stromaufwärtigen Ende der Speiseeinrichtung angeordnet
In zweckmäßiger Weise sind die äf fnungen im wesentlichen regelmäßig in wenigstens einer zur zentralen Längsachse der Speiseeinrichtung senkrechten Ebene angeordnet. Vorzugsweise sind die Öffnungen in dieser Ebene bzw in diesen Ebenen symmetrisch angeordnet. Vorzugsweise sind wenigstens 4 Öffnungen in dieser Ebene bzw. in diesen Ebenen symmetrisch angeordnet
In zweckmäßiger Weise umfaßt die Vorrichtung, wie sie im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangt rohrförmige Speiseeinrichtungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Kohlenwasserstofföl mittels mehr als einer Einrichtung, wie vorstehend beschrieben, eingeführt, beispielsweise durch vier derartige Einrichtungen.
Wenn das Kohlenwasserstofföl durch mehr als eine Einrichtung eingeführt wird, sind die Einrichtungen zweckmäßig in regelmäßiger Form in wenigstens einer, zur zentralen Längsachse des Reaktors senkrechten Ebene angeordnet. Vorzugsweise sind die Einrichtungen in dieser Ebene bzw. in diesen Ebenen symmetrisch angeordnet. Zweckmäßig sind wenigstens vier Einrichtungen in dieser Ebene bzw. in diesen Ebenen symmetrisch angeordnet. In geeigneter Weise sind die Einrichtungen in wenigstens zwei derartigen Ebenen angeordnet. Wenn die Einrichtungen in mehr als zwei solchen Ebenen angeordnet sind, sind die Ebenen zweckmäßig im wesentlichen regelmäßig voneinander über die Länge des Reaktors beabstandet Vorzugsweise sind die Ebenen in im wesentlichen gleichen Abständen voneinander angeordnet. In geeigneter Weise umfassen alle Ebenen die gleiche Anzahl an Einrichtungen. Vorzugsweise sind die Einrichtungen in jeder Ebene derart angeordnet, daß die Einrichtungen von zwei benachbarten Ebenen versetzt gegeneinander angeordnet sind.
Der Bodenteil eines Steigerreaktors, der die im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einzusetzende Einrichtung umfaßt, und geeignete Ausführungsformen dieser Einrichtung zum Einführen des Kohlenwasserstofföls in den Reaktor werden nachstehend beschrieben, unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3, worin Bezugszeichen, die sich auf korrespondierende Teile beziehen, gleich sind.
In Figur 1 ist ein Längsschnitt des Bodenteils eines fluidkatalytischen Steiger-Crackreaktors schematisch dargestellt, welcher Reaktor in geeigneter Weise im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
In Figur 2 ist ein Längsschnitt des stromaufwärtigen Endteils der Einrichtung zum Einführen des Kohlenwasserstofföls in den Reaktor, wie in Figur 1 dargestellt, in größerem Detail schematisch wiedergegeben.
In Figur 3 ist ein Querschnitt entsprechend AA' der in Figur 2 dargestellten Einrichtung schematisch wiedergegeben.
Der Bodenteil des fluidkatalytischen Steiger-Crackreaktors, wie er in Figur 1 dargestellt ist, umfaßt ein im wesentlichen vertikales Gefäß (1), das mit Einlaßmitteln (2) zum Einführen von Katalysatorteilchen und mit vier Einrichtungen (3) (von denen nur zwei dargestellt sind) zum Einführen von Kohlenwasserstofföl in den Steigerreaktor ausgestattet ist. Der Steigerreaktor weist weiterhin vorzugsweise Fluidisierungsmittel (4) auf, beispielsweise in der Form eines ringförmigen oder kreisförmigen Fluidisierungsmittels, das mit regelmäßig beabstandeten Fluidisierungsgasöffnungen (beispielsweise Düsen (5)) ausgestattet ist, durch weiche ein Fluidisierungsgas, beispielsweise Dampf, der über Fluidiserungsgas-Einlaßmittel (6) zugeführt wird, in den Bodenteil (12) des Reaktors austritt.
In den Figuren 2 und 3 ist der stromaufwärtige Endteil der Einrichtung (3) zum Einführen des Kohlenwasserstofföls in den Reaktor in größerem Detail wiedergegeben. Die Einrichtung (3) weist rohrförmige Speisemittel (7) mit in ihren Wänden (9) angeordneten Öffnungen (8) auf, sowie einen Raum (10), der zwischen den rohrförmigen Speisemitteln (7) und der Wand (11) der Einrichtung (3) angeordnet ist.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter Anwendung des Steigerreaktors, von dem in Figur 1 nur der Bodenteil dargestellt ist, wird normalerweise wie folgt ausgeführt.
Ein Strom von Katalysatorteilchen in einem Trägergas (beispielsweise aus einem Katalysatorregenerator stammend) wird durch Einlaßmittel (2) in den Bodenteil (12) des Steigerreaktors eingeführt. Die Katalysatorteilchen werden durch Mittel, beispielsweise Dampf, der über Leitung (6) in ringförmige oder kreisförmige Fluidisierungsmittel (4), die mit regelmäßig beabstandeten Fluidiserungsdüsen (5) versehen sind, zugeführt wird, fluidisiert und aufwärts transportiert. Ein Strom aus einem Kohlenwasserstofföl wird in die Speiseeinrichtung (7) der Vorrichtung (3) eingeführt und mit einem Dampfstrom vermischt, der aus dem Raum (10) unter Druck mit hoher Geschwindigkeit in die Speiseeinrichtung (7) eintritt. Die aufwärtsströmende fluidisierte Masse aus Katalysatorteilchen wird hervorragend mit dem erhaltenen Gemisch aus dem Kohlenwasserstofföl und Dampf vermischt, das mit hoher Geschwindigkeit aus der Vorrichtung (3) austritt.
Die Anwendung der Vorrichtung (3) im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung führt zu einem sehr gleichmäßigen Vermischen der fluidiserten Katalysatorteilchen mit dem Kohlenwasserstofföl. Als Ergebnis dieses gleichförmigen Vermischens kann eine sehr attraktive Leistung der katalytischen Crackeinheit erzielt werden.
In Figur 1 sind die Vorrichtungen (3) an der Wand des Behälters (1) angeordnet. Es versteht sich jedoch, daß die Vorrichtung bzw. die Vorrichtungen (3) in zweckmäßiger Weise auch anders angeordnet sein können, beispielsweise im wesentlichen zentral im Bodenteil (12) des Steigerreaktors oder an anderen geeigneten Stellen in der Steigerreaktor- oder Strippzone eines katalytischen Crackreaktors.
In den Figuren 2 und 3 sind die rohrf örmigen Speiseeinrichtungen (7) parallel zueinander angeordnet. Es ist jedoch klar, daß die Speiseeinrichtungen (7) auch zweckmäßig in einer anderen Weise angeordnet sein können, beispielsweise können die Speiseeinrichtungen (7) voneinander in Richtung zum stromaufwärtigen Ende der Vorrichtung (3) divergieren.
Das Mischen des Gases mit dem Kohlenwasserstofföl in den Speiseeinrichtungen (7) wird vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 600ºC, stärker bevorzugt im Bereich von 100 bis 400ºC ausgeführt.
Das Verfahren zum katalytischen Cracken eines Kohlenwasserstofföls gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 400 bis 800ºC und bei Drücken von 1 x 10&sup5; bis 10 x 10&sup5; Pa (1 bis 10 bar) ausgeführt. Es versteht sich, daß das vorliegende Verfahren unter Anwendung eines beliebigen fluidisierten katalytischen Crackkatalysators vorgenommen werden kann, jedoch werden Zeolith-hältige Katalysatoren bevorzugt.
Das Kohlenwasserstofföl, das in zweckmäßiger Weise im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umgewandelt werden kann, umfaßt schwere Kohlenwasserstofföle, beispielsweise atmosphärische oder Vakuumdestillate, Kreislauföle und Slurryöle, entasphaltierte Öle, atmosphärische und Vakuumrückstände, thermisch gecrackte Rückstände, Asphalte, die aus verschiedenen Arten von Entasphaltierungsverfahren stammen, synthetische Rückstände und aus Hydrokonversionsverfahren stammende Kohlenwasserstofföle, Teersande und Schieferöle beliebiger Herkunft und/oder irgendwelche Gemische hievon.
Die vorliegende Erfindung wird an Hand des nachfolgenden Beispieles erläutert.

BEISPIEL

Ein Speisestrom aus einem straight-run schweren Kohlenwasserstofföl (mit einem Conradson-Kohlenstoffgehalt von etwa 5 Gew.-%) tritt in eine Speiseeinrichtung 7) des Steigerreaktors, wie teilweise in Figur 1 abgebildet, mit einer Temperatur von 260ºC ein und wird in der Speiseeinrichtung (7) mit einem Dampfstrom vermischt, der in den Raum (10) mit einer Temperatur von 260ºC und einem Druck von 6 bar eintritt. Das gebildete Öl/Dampf-Gemisch strömt mit einer Geschwindigkeit von mehr als 70 m/s durch das stromaufwärtige Ende der Speiseeinrichtung (7) in das Reaktorgefäß (1), das bei einem Druck von 3 x 10&sup5; Pa (3 bar) und bei einer Temperatur von 520ºC betrieben wird. Regenerierte Katalysatorteilchen auf Basis von Zeolith Y werden über einen Einlaß (2) mit einer Temperatur von 705ºC in den Reaktor (1) eingeführt, worin die Katalysatorteilchen mit dem Öl/Dampf- Gemisch in Kontakt gebracht werden.
In der nachfolgenden Tabelle sind die erhaltenen Produkt ausbeuten, bezogen auf Einsatzmaterial, des vorstehenden Beispieles zusammengefaßt. TABELLE Produktausbeuten Koks
Aus den in der vorstehenden Tabelle angeführten Ergebnissen, die eine attraktive Produktausbeute im Benzinbereich anführen, ist ersichtlich, daß ein schweres Kohlenwasserstofföl in sehr zweckmäßiger Weise dem Verfahren gemäß der Erfindung unterworfen werden kann.

Claims

1. Verfahren zum katalytischen Cracken eines Kohlenwasserstofföls, worin ein Gas/Kohlenwasserstofföl-Gemisch mittels wenigstens einer Vorrichtung in den Reaktor eingeführt wird, die wenigstens eine Speiseeinrichtung umfaßt, deren Wand Öffnungen aufweist, wobei das Kohlenwasserstofföl in die Speiseeinrichtung eingeführt und darin mit einem im wesentlichen umgebenden Gas vermischt wird, das unter Druck in die Speiseeinrichtung durch die in deren Wand vorgesehenen Öffnungen eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Gas/Kohlenwasserstofföl-Gemisch das Gas in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Kohlenwasserstofföl, umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Gas/Kohlenwasserstofföl-Gemisch das Gas in einer Menge von 1 bis 15 Gew.- %, auf Kohlenwasserstofföl bezogen, umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Verhältnis der Gasströmungsgeschwindigkeit/Kohlenwasserstofföl-Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 2 bis 30 liegt und die Gasströmungsgeschwindigkeit die zuvor angegebene Bedeutung aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Gas/Kohlenwasserstofföl-Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis im Bereich von 5 bis 15 liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Druck des in die Speiseeinrichtung eintretenden Gases im Bereich von 2 x 10&sup5; bis 15 x 10&sup5; pa (2 bis 15 bar) absolut liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Druck des in die Speiseeinrichtung eintretenden Gases im Bereich von 5 x 10&sup5; bis 10 x 10&sup5; Pa (5 bis 10 bar) absolut liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Gas/Kohlenwasserstofföl-Gemisch in den Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 400 m/s eintritt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Gas Dampf umfaßt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Vorrichtung mehr als eine Speiseeinrichtung umfaßt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin das stromaufwärtige Ende der Vorrichtung zum Einführen des Kohlenwasserstofföls oberhalb eines Einlaßmittels zum Einführen von Katalysatorteilchen angeordnet ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die öffnungen in der Wand der Speiseeinrichtung nahe dem stromaufwärtigen Ende der Speiseeinrichtung angeordnet sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, worin die Öffnungen im wesentlichen gleichförmig in wenigstens einer, zur zentralen Längsachse der Speiseeinrichtung senkrechten Ebene angeordnet sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, worin die Öffnungen symmetrisch in der zur zentralen Längsachse der Speiseeinrichtung senkrechten Ebene bzw. in entsprechenden senkrechten Ebenen angeordnet sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin die Vorrichtung bzw. die Vorrichtungen rohrförmige Speiseeinrichtungen umfaßt bzw. umfassen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin das Kohlenwasserstofföl mittels mehr als einer, wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung in den Reaktor eingeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, worin die Vorrichtungen im wesentlichen regelmäßig in wenigstens einer, zur zentralen Längsachse des Reaktors senkrechten Ebene angeordnet sind.

18. Verfahren nach Anspruch 17, worin die Vorrichtungen in wenigstens zwei Ebenen angeordnet sind.