DE69100683T2

DE69100683T2 - Verfahren und Einrichtung für Homogenisierung in ein röhrenformige Kohlenwasserstoff-Krackreaktor mit Wirbelbett von feste Teilchen, von das Gemisch von diese Teilchen und die zu behandeln Kohlenwasserstoffen.

Info

Publication number: DE69100683T2
Application number: DE69100683T
Authority: DE
Inventors: Vincent Demoulin; Marc Fersing; Thierry Patureaux; Denis Pontvianne
Original assignee: Total Raffinage Distribution SA
Current assignee: TotalEnergies Marketing Services SA
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1991-10-30
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2011-10-31
Also published as: FR2669037A1; US5338438A; FR2669037B1; ZA918891B; ES2060332T3; DE69100683D1; EP0485259A1; JP2996791B2; ATE97688T1; JPH05186780A; EP0485259B1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Homogenisieren im Inneren eines rohrförmigen Reaktors zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einer Feststoffteilchen- Wirbelschicht, und zwar zum Homogenisieren des Gemisches der Teilchen und der zu behandelnden Kohlenwasserstoffdämpfe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Homogenisieren im Inneren eines rohrförmigen Reaktors zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einer Feststoffteilchen-Wirbelschicht, und zwar zum Homogenisieren des Gemisches der Teilchen und der zu behandelnden Kohlenwasserstoffdämpfe. Insbesondere hat die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art zum Gegenstand, welche beim katalytischen Kracken von Kohlenwasserstoffchargen im gasförmigen oder flüssigen Zustand in einem im wesentlichen vertikal angeordneten rohrförmigem Reaktor angewendet bzw. verwendet werden können, der mit steigender oder fallender Wirbelschicht arbeitet.
Es ist bekannt, daß die Erdölindustrie ublicherweise Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen anwendet, insbesondere Verfahren zum Kracken, bei denen Moleküle von Kohlenwasserstoffen mit hohem Molekulargewicht und hohem Siedepunkt in kleinere Moleküle mit niedrigerem Siedepunkt aufgespalten werden, der für die gewünschte Verwendung geeignet ist.
Bei vielen dieser Verfahren wird mit Umwandlung in der Wirbelschicht gearbeitet, wobei die katalytischen oder nicht katalytischen Feststoffteilchen, welche insbesondere die zur Umwandlungsreaktion erforderliche Wärme heranschaffen, während sehr kurzer Zeitspannen mit den Kohlenwasserstoffen in Berührung gebracht werden.
Das zur Zeit am meisten angewendete Verfahren ist das sogenannte katalytische Kracken im gasförmigen oder flüssigen Zustand, welches in englischer Sprache "Fluid Catalytic Cracking" genannt wird und auch unter der Bezeichnung "FCC"-Verfahren bekannt ist. 3edoch wurden auch andere Verfahren zur Umwandlung in der Wirbelschicht entwickelt, insbesondere Verfahren zum thermischen Kracken oder zur Viskositätsminderung.
Nur der Einfachheit halber wird die Erfindung in der folgenden Beschreibung im Rahmen des katalytischen Krackens vorgestellt. Sie kann sehr wohl bei den meisten Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in der Wirbelschicht eingesetzt werden, bei denen die zu krackende Charge im Dampfzustand mit katalytischen oder nichtkatalytischen Feststoffteilchen in Berührung gebracht wird.
Zu den wichtigsten Parametern, welche die Krackreaktion beinf lussen, zählen die Schnelligkeit, mit welcher die zu behandelnde Charge mit den Körnern heißen Katalysators in Berührung gebracht wird- und die Homogenität, mit welcher diese Katalysatorkörner als Wirbelschicht in der gesamten Reaktionszone verteilt sind.
So haben die von der Anmelderin zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen den Feststoffteilchen in der Wirbelschicht und der zu behandelnden Charge durchgeführten Untersuchungen gezeigt, daß die in den bisher verwendeten leistungsfähigsten Krackeinheiten tatsächlich erzielten Ausbeuten geringer als diejenigen bleiben, welche die theoretischen Studien vorhersehen lassen, und daß diese Differenz insbesondere auf eine schlechte Verteilung der Katalysatorkörner in der Reaktionszone, vor allem in der Einspritzzone der zu behandelnden Charge, zurückzuführen ist.
In den französischen Patentanmeldungen 2 585 030 und 89 14 787 hat die Anmelderin bereits Mittel vorgeschlagen, welche insbesondere darauf gerichtet sind, im Reaktor den axialen Unregelmäßigkeiten des aus der Regenerationszone kommenden heißen Katalysatorstroms entgegenzuwirken und eine verbesserte Fluidisierung der Katalysator-Feststoffteilchen stromaufwärts von der Einspritzzone der Kohlenwasserstoffcharge zu gewährleisten.
Allerdings ist festzustellen, daß selbst bei der Regulierung des Katalysatorstroms, um ihn stromaufwärts vom Einspritzen der zu behandelnden Charge so homogen wie möglich zu machen, die Verteilung der Katalysatorteilchen stromabwärts von dieser Zone wieder heterogen wird, wobei die Verteilungsdichte dieser Teilchen in der Nähe der Wände des Reaktors höher als in seinem Zentrum ist.
In der EP-A-0 369 536 ist das Einspritzen eines zu Tröpfchen zerstäubten leichten flüssigen Kohlenwasserstoffs in einen Krackreaktor stromabwärts von der Einspritzzone der zu behandelnden Kohlenwasserstoffcharge beschrieben, um einen Abschreckeffekt hervorzurufen und die Temperatur in der Reaktionszone zur Optimierung der Erzeugung der gewünschten Produkte zu begrenzen. Jedoch hat dieses Einspritzen einer Hilfsflüssigkeit keinerlei Einfluß auf die Verteilung der Katalysator-Feststoffteilchen im Inneren des Reaktors.
Diese natürliche Tendenz des Katalysators und der Gasphase zur Entmischung aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Katalysator und der Wand, wird durch die heftige Verdampfung der Charge verstärkt, welche dazu tendiert, den Katalysator zur Wand des Reaktors hin zu schleudern, wo auf diese Weise eine mit Katalysator eingereicherte Zone entsteht. Ein Teil dieses Katalysators bewegt sich daher nur langsam fort oder neigt sogar dazu, sich in einer Wirbelbewegung entgegengesetzt zur Bewegung der Charge fortzupflanzen, und zwar sowohl bei einer steigenden als auch bei einer fallenden Wirbelschicht. Es handelt sich um den in der Technik auch unter der Bezeichung "backmixing" bekannten Rückmischeffekt.
Die von der Anmelderin durchgeführten Arbeiten haben gezeigt, daß die aufgezeigten Unterschiede zwischen den theoretischen Ausbeuten und den tatsächlich beobachteten Ausbeuten ebenfalls teilweise auf diese schlechte Verteilung der Körner im Reaktionsabschnitt nach dem Einspritzen der Charge zurückzuführen sind. Diese mangelhafte Verteilung ist eine Folge der durch die vereinten Wirkungen der heftigen Verdampfung der Charge und ihrer erhöhten Einspritzgeschwindigkeit verursachten Wirbel, ferner der Reibung der Katalysatorkörner an den Wänden. Daraus ergibt sich das dem Fachmann unter der Bezeichnung "Rückmischung" wohlbekannte Phänomen, was auch dadurch zum Ausdruck kommt, daß die Katalysatorkörner an der Peripherie des Reaktors gar nicht oder nur wenig fluidisiert sind. Demzufolge können die vorzugsweise an der Peripherie des Reaktors angeordneten Körner ruhen oder sich sogar entlang der Wand zurückbewegen. Aus diesem Grund ist die Temperaturverteilung über den gesamten Querschnitt der Reaktionszone stromabwärts von den Chargeninjektoren nicht homogen. Sie ist zu heiß an der Peripherie des Reaktors, weil die Dichte der Körner in der Nähe der Wände zu hoch ist, was das Überkracken der Charge hervorruft, der gewünschten flüssigen Umwandlung schadet und also die Erzeugung trockener Gase begünstigt. Wenn dagegen die zerstäubte Charge im zentralen Teil des Reaktors mit einem Strom von Katalysatorkörnern in Berührung kommt, welcher nicht dicht genug ist, dann reicht umgekehrt die von diesen Körnern herangeschaffte Wärmemenge nicht aus, um diejenige Temperatur zu erreichen, welche erforderlich ist, damit die gewünschten Reaktionen ablaufen, und findet eine beträchtliche Verkokung des Katalysators statt, der dann inaktiv wird.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beheben, indem sie Mittel vorschlägt, welche eine homogene Verteilung der heißen Feststoffteilchen, insbesondere der Katalysatorteilchen, in einem Reaktor zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einer Wirbelschicht bei steigendem oder fallendem Strom stromabwärts von der Einspritzzone der zu behandelnden Kohlenwasserstoffcharge in den Reaktor sicherzustellen vermögen.
Auch hat die Erfindung das Ziel, in der gesamten Reaktionszone eines solchen Wirbelschicht-Krackreaktors die Berührung zwischen den heißen Katalysatorteilchen und den Kohlenwasserstoffdämpfen zu vergleichmäßigen.
Schließlich hat die Erfindung das Ziel, bei einem solchen Reaktor zum Kracken von Kohlenwasserstoffen die Geschwindigkeit der Strömungsmittel zu vergleichmäßigen und jedes Rückmischen stromabwärts von der Einspritzzone der Charge zu krackender Kohlenwasserstoffe zu vermeiden.
Zu diesem Zweck hat die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Homogenisieren im Inneren eines rohrförmigen Reaktors zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einer Wirbelschicht heißer Feststoffteilchen, und zwar zum Homogenisieren des Gemisches der Teilchen und der zu behandelnden Kohlenwasserstoffdämpfe, zum Gegenstand, bei welchem der im wesentlichen vertikal angeordnete rohrförmige Reaktor kontinuierlich mit einem Strom heißer Feststoffteilchen gespeist wird, den Teilchen im Reaktor eine steigende oder fallende Bewegung vermittelt wird, wobei sie in verdünnter Wirbelschicht gehalten werden, mindestens eine Charge zu krackender Kohlenwasserstoffe mit den Teilchen in Berührung gebracht wird, indem die Charge in die verdünnte Wirbelschicht im Inneren des Reaktors eingespritzt wird, die sich aus dem Inberührungbringen der Kohlenwasserstoffe mit den Teilchen ergebende Gasphase und die Teilchen getrennt werden, die Gasphase und die Teilchen, welche so getrennt wurden, gewonnen werden, die Teilchen gegebenenfalls behandelt werden, um sie zu reaktivieren, und sie wieder zur Speisung des Reaktors verwendet werden, und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß unmittelbar stromabwärts von der Einspritzzone in die Reaktionszone der zu behandelnden Charge, wo mindestens 75 % der Chargentropfen verdampft sind, ein Strömungsmittel im gasförmigen Zustand in den Reaktor eingeblasen wird, und zwar an mindestens einer Stelle der Innenseite seiner Seitenwand.
Vorzugsweise wird das Strömungsmittel im gasförmigen Zustand an mehreren Stellen in den Reaktor eingeblassen, welche gleichmäßig auf der Innenwand desselben verteilt sind, und zwar entweder ringförmig oder aber schraubenförmig.
Das Strömungsmittel im gasförmigen Zustand kann in einer Ebene in den Reaktor eingeblasen werden, welche mit der Achse des Reaktors einen Winkel zwischen 30 und 150º einschließt. Auch kann das gasförmige Strömungsmittel im wesentlichen tangential zur Seitenwand des Reaktors in den Reaktor eingeführt werden.
Das Einblasen des gasförmigen Strömungsmittels unmittelbar stromabwärts von der Einspritzzone der Kohlenwasserstoffcharge bewirkt, daß diejenigen Teilchen zum Zentrum des Reaktors hin zurückgeführt werden, welche die heftige Verdampfung dieser Charge vorher zur Innenseite der Wände hin getrieben hat. Dieses ergibt eine viel homogenere Verteilung der heißen Feststoffteilchen in der stromabwärts von der Einspritzzone der Kohlenwasserstoffcharge oder der Kohlenwasserstoffchargen gelegenen Reaktionszone des Reaktors mit einer demzufolge besseren Umwandlung der gekrackten Kohlenwasserstoffe in flüssige Produkte, womit eine geringere Koksablagerung auf den Feststoff teilchen und eine Verminderung der Erzeugung trockener Gase einhergehen.
Bei dem Strömungsmittel im gasförmigen Zustand kann es sich um Wasserstoff, ein inertes Gas, einen leichten Kohlenwasserstoff, wie Methan, Äthan, Propan, Butan oder Pentan, einen verdampften Kraftstoff oder vorzugsweise Wasserdampf handeln.
Der Durchsatz eingeblasenen Strömungsmittels kann zwischen 0,005 und 1 Gew.-% vom Durchsatz zirkulierender Feststoffkörner ausmachen. Die Geschwindigkeit des Strömungsmittels im gasförmigen Zustand am Ausgang der Vorrichtung zum Einblasen dieses Strömungsmittels liegt im allgemeinen zwischen 1 und 100 m/s, vorzugsweise zwischen 20 und 50 m/s.
Der Einblasdruck des Strömungsmittels im gasförmigen Zustand hängt naturgemäß von dieser Einblasgeschwindigkeit und den Betriebsbedingungen des Reaktors ab.
Die Einblastemperatur dieses Strömungsmittels hat keinen bedeutsamen Einfluß auf das Temperaturprofil der Körner stromabwärts von der Chargeneinspritzzone, weil der Durchsatz eingeblasenen Strömungsmittels im Verhältnis zur zirkulierenden katalytischen Masse der Wirbelschicht gering ist.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Homogenisieren im Inneren eines rohrförmigen Reaktors zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einer Wirbelschicht heißer Feststoffteilchen, und zwar zum Homogenisieren des Gemisches der Teilchen und der zu behandelnden Kohlen wasserstoffdämpfe, bei welcher der Reaktor im wesentlichen vertikal angeordnet ist und Mittel zum kontinuierlichen Einspeisen eines Stromes heißer Feststoffteilchen, Mittel, um den Teilchen im Reaktor eine steigende oder fallende Bewegung zu vermitteln, wobei sie in verdünnter Wirbelschicht gehalten werden, Mittel zum Einspritzen mindestens einer Kohlenwasserstoffcharge in die verdünnte Wirbelschicht im Inneren des Reaktors, Mittel zum Trennen der sich aus dem Inberührungbringen der Kohlenwasserstoffe mit den Teilchen ergebenden Gasphase, Mittel zum Trennen und Gewinnen der Gasphase und der Feststoffteilchen, gegebenenfalls Mittel zur Behandlung der gewonnenen Teilchen, um sie zu reaktivieren, und Mittel zur neuerlichen Einspeisung der Teilchen in den Reaktor aufweist, und welche dadurch gekennzeichnet ist, daß unmittelbar stromabwärts von der Einspritzzone der Kohlenwasserstoffcharge an mindestens einer Stelle der Innenseite der Seitenwand des Reaktors ein Mittel zum Einblasen eines Strömungsmittels im gasförmigen Zustand in den Reaktor vorgesehen ist.
Vorzugsweise werden bei der Vorrichtung nach der Erfindung die Mittel zum Einblasen des Strömungsmittels im gasförmigen Zustand in einem Abstand stromabwärts von den Chargeninjektoren angeordnet, welcher zwischen dem 0,5- und dem 6-fachen des Reaktorradius liegt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die Mittel zum Einblasen des Strömungsmittels im gasförmigen Zustand eine Kammer aufweisen, welche mit einer Druckgasquelle verbunden ist, wobei die Kammer mit mindestens einer Öffnung in den Reaktor mündet. Vorzugsweise werden mehrere Kammern vorgesehen, welche mit mehreren Öffnungen in den Reaktor münden, die gleichmäßig um die Achse des Reaktors herum verteilt sind, und zwar ringförmig oder schraubenförmig, wobei die Öffnungen vorzugsweise die Form von Schlitzen aufweisen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die Mittel zum Einblasen des gasförmigen Strömungsmittels in den Reaktor mindestens einen Injektor aufweisen, welcher mit einer Druckgasquelle verbunden ist und dessen Achse sich im wesentlichen tangential zur inneren Seitenwand des Reaktors erstreckt. Vorzugsweise wird der Reaktor mit mehreren Injektoren versehen, welche gleichmäßig um seine Achse herum verteilt und mit einem von der Druckgasquelle gespeisten Sammler verbunden sind. Wegen der von den Injektoren tangential eingeführten Strahlen gasförmigen Strömgungsmittels werden bei dieser Ausführungsform der Erfindung die in der Nähe der Innenseite der Wand des Reaktors befindlichen Feststoffteilchen im Inneren des Reaktors in eine schraubenförmige Bewegung versetzt.
Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anlage zum katalytischen Kracken von Kohlenwasserstoffen unter Anwendung eines steigenden verdünnten Katalysatorstroms, welche mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Homogenisierungsvorrichtung versehen ist;
Fig. 2 eine Detailansicht der Fig. 1 in größerem Maßstab;
Fig. 3 den Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische Teilansicht eines Reaktors zum katalytischen Kracken mit steigendem verdünnten Strom, welcher mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Homogenisierungsvorrichtung versehen ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht der beim Reaktor nach Fig. 4 verwendeten Vorrichtung zum Einblasen von gasförmigem Strömungsmittel; und
Fig. 6 eine schematische Teilansicht eines Reaktors zum katalytischen Kracken mit fallendem verdünnten Strom, welcher mit der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Homogenisierungsvorrichtung versehen ist.
Bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Einheit eines an sich bekannten Typs zum katalytischen Kracken in gasförmigem oder flüssigem Zustand wird der regenerierte Katalysator am Fuße des rohrförmigen Reaktors 1 über eine Leitung 2 zugeführt, und zwar mit einem durch das Öffnen oder das Schließen eines Ventils 3 bestimmten Durchsatz. Die Katalysatorkörner werden dann zum Kopf des Reaktors hin getrieben, und zwar durch Einblasen eines von der Leitung 5 herrührenden gasförmigen Strömungsmittels am Reaktorfuß. Dieses Einblasen erfolgt mit Hilfe eines Strömungsmittelverteilers oder Diffusors 4. Die zu krackende Charge wird auf einem höheren Niveau mittels geeigneter Zerstäubungsvorrichtungen 6 über die Leitung 7 in den Strom von Katalysatorkörnern eingeführt.
An seinem oberen Ende mündet der Reaktor 1 in einen Raum 8, welcher hier zu ihm konzentrisch ist und in welchem einerseits die Trennung der gasförmigen Produkte und der Katalysatorkörner voneinander mittels des ballistischen Separators 9 sowie andererseits das Strippen der Körner desaktivierten Katalysators erfolgen. Die Reaktionsprodukte werden in einem Zyklonsystem 10 von allem Katalysator befreit, welches im oberen Teil des Raums 8 untergebracht ist und an dessen oberem Ende eine Leitung 11 zum Abzug der Reaktionsprodukte nach außen vorgesehen ist. Die Körner desaktivierten Katalysators fallen wieder nach unten zum Fuß des Raums 8 hin, wo der Diffusor 13 Strippgas, im allgemeinen Wasserdampf, aus einer Leitung 12 in die Wirbelschicht einspeist. Die so gestrippten Körner desaktivierten Katalysators werden zu einem Regenerator 14 hin abgezogen, und zwar über eine Leitung 15, in welcher ein Regulierventil 16 vorgesehen ist.
Der Regenerator 14 weist hier nur eine einzige Regenerationskammer auf, wo die Körner desaktivierten Katalysators in den oberen Teil der Wirbelschicht 17 eingespeist werden, während die Verbrennungsgase über die Leitung 18 abgezogen werden, und zwar nach Durchströmen eines Zyklons 19.
Die Katalysatorkörner werden in der Wirbelschicht regeneriert, und zwar durch Verbrennung des Kokses und der Kohlenwasserstoffe, welche noch auf ihrer Oberfläche oder in ihren Poren vorhanden sind, infolge des Einblasens von Luft oder Sauerstoff mittels des Diffusors 20, welcher über eine Leitung 21 gespeist wird. Die so durch die Verbrennungswärme auf hohe Temperatur gebrachten Katalysatorkörner kehren über die Leitung 2 zum Fuße des Reaktors 1 zurück.
Wie oben erwähnt, verdampft die bei 6 eingespritzte und vorher im allgemeinen auf eine Temperatur zwischen 150 und 400ºC vorgewärmte Kohlenwasserstoffcharge fast augenblicklich beim Berühren der Katalysatorkörner, welche selbst eine Temperatur zwischen 600 und 900ºC aufweisen. Diese heftige Verdampfung bewirkt, daß die Katalysatorkörner in Richtung auf die Seitenwand des Reaktors 1 geschleudert werden, was zu einer unregelmäßigen Verteilung der Katalysatorkörner stromabwärts von der Einspritzzone der Kohlenwasserstoffcharge mit einer Rückmischungsgefahr in der Nähe der Innenseite der Wand 25 des Reaktors 1 führt.
Um diesen Nachteil zu beheben, wird erfindungsgemäß unmittelbar stromabwärts von den Vorrichtungen 6 zur Zerstäubung der Kohlenwasserstoffcharge ein gasförmiger Strom in den Reaktor eingeblasen, welcher die Katalysatorteilchen in Richtung auf die Reaktorachse zurückzustoßen vermag.
Zu diesem Zweck sind bei der in Rede stehenden Ausführungsform der Erfindung innerhalb der Wand 25 des Reaktors 1 vier Kammern 26 ausgebildet, welche um die Achse des Reaktors 1 herum gleichmäßig verteilt sind. Die Kammern 26 sind über Leitungen 28 mit einer Druckgasquelle verbunden und münden jeweils über zwei Schlitze 29 in das Innere des Reaktors 1. Die acht Schlitze 29 sind gleichmäßig um die Achse des Reaktors 1 herum verteilt, und zwar ringförmig.
Die durch die Schlitze 29 eingeblasenen Gasstrahlen sind senkrecht zur Wand 25 zum Inneren des Reaktors 1 hin gerichtet und verhindern somit, daß die Katalysatorteilchen sich in der Nähe der Wand 25 ansammeln, was einen besseren Kontakt zwischen den Kohlenwasserstoffdämpfen und den Katalysatorteilchen gewährleistet.
Als Gas kann vorteilhafterweise Wasserdampf mit einer Temperatur in der Größenordnung von 350ºC und einem wirksamen Druck von etwa 18 bar verwendet werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 weist der Reaktor 31 zwei Systeme zum Fluidisieren der über die Leitung 32 in den Reaktor rückgeführten Teilchen regenerierten Katalysators auf. Ein über die Leitung 35 gespeister erster Diffusor 34 bläst am Fuße des Reaktors 31 unterhalb des Anschlusses der Leitung 32 an den Reaktor eine Strömungsmittelmenge ein, welche ausreicht, um eine dichte Wirbelschicht aufrechtzuerhalten, die eine Homogenisierung der Körner in dieser Zone sicherstellt. Ein zweiter Diffusor 43, welcher über die Leitung 44 gespeist wird und stromabwärts vom Anschluß der Leitung 32 an den Reaktor angeordnet ist, erlaubt es, anschließend diejenige Strömungsmittelmenge einzublasen, welche erforderlich ist, um die Bedingungen für eine verdünnte Wirbelschicht bei einem konstanten Durchsatz von Körnern zu schaffen, welche dann im Reaktor mit einer axialen Geschwindigkeit größer als 1,5 m/s, vorzugsweise zwischen 2 und 10 m/s, aufsteigen.
Erfindungsgemäß ist in der unmittelbar stromabwärts von den Vorrichtungen 36 zum Zerstäuben der Kohlenwasserstoffcharge gelegenen Zone ein System zum Einblasen eines gasförmigen Strömungsmittels an vier in einer zur Achse des Reaktors senkrechten Ebene symmetrisch angeordneten Punkten jeweils tangential zur Wand des Reaktors vorgesehen.
Jedes Einblasrohr 46 ist an einen Strömungsmittelverteiler 45 angeschlossen, welcher über eine Leitung 47 gespeist wird. Die gleichzeitig an mehreren Punkten des Reaktors vorgenommenen tangentialen Einblasungen ermöglichen es also, die in der Nähe der Wand des Reaktors 31 befindliche fluidisierte Phase in Drehung zu versetzen, und zwar mit einer Rotationsgeschwindigkeit, welche der eingeblasenen Strömungsmittelmenge direkt proportional ist. Vorzugsweise wird ein gasförmiges Strömungsmittel von demselben Typ verwendet, wie dasjenige, welches zum Fluidisieren der Katalysatorkörner benutzt wird.
Der Winkel zwischen den Injektoren und der zur Symmetrieachse des Reaktors senkrechten Ebene wird vorziigsweise klein gewählt, um die zur Erzielung der gewunschten Rotation einzublasende Strömungsmittelmenge möglichst gering zu halten. Außerdem sollten die Injektoren die Drehsymmetrie des Reaktors so weit wie möglich berücksichtigen, um eine gute Homogenität der Wirbelschicht zu erzielen.
Fig. 6 veranschaulicht schließlich die Verwendung einer erfindungsgemäßen Homogenisierungsvorrichtung bei einem rohrförmigen Reaktor mit fallendem verdünntem Katalysatorteilchenstrom.
Bei dieser Ausführungsform werden die Teilchen regenerierten Katalysators am oberen Teil des Reaktors 51 über die Leitung 52 zugeführt, aus welcher sie unter der Wirkung der Schwerkraft herausfließen. Zur Steuerung des Katalysatordurchsatzes ist ein Ventil 53 vorgesehen. Zunächst hält ein über die Leitung 54 mit Gas gespeister Diffusor 55 die Katalysatorteilchen stromaufwärts vom Ventil 53 in dichter Wirbelschicht. Stromabwärts von diesem Ventil wird der Katalysator in verdünnter Wirbelschicht gehalten, und zwar durch Einblasen eines zweiten Gases in den Reaktor mittels des über die Leitung 57 gespeisten Diffusors 58.
Danach wird die zu krackende Charge in den Reaktor 51 mittels der Zerstäuber 56 eingeführt, welche in Richtung des Stroms der Körner im Reaktor orientiert und bezüglich der Achse desselben um einen Winkel beispielsweise zwischen 30 und 60º geneigt sind.
Unmittelbar stromabwärts von den Zerstäubern 56 ist eine erfindungsgemäße Homogenisierungsvorrichtung desselben Typs vorgesehen, wie diejenige gemäß Fig. 5, also mit Injektoren 66, welche tangential zum Reaktor 51 angeordnet und mit einem Verteiler 65 verbunden sind, der selbst über eine Leitung 67 mit Druckgas versorgt wird.
Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung und hat daher keinerlei einschränkende Bedeutung.

Beispiel

In einer Einheit zum katalytischen Kracken des in Fig. 1 veranschaulichten allgemeinen Typs wurden unter Verwendung derselben Kohlenwasserstoffcharge zwei katalytische Krackversuche durchgeführt. Einer der Versuche (Versuch 1) wurde ohne die Verwendung einer erfindungsgemäßen Homogenisierungsvorrichtung durchgeführt. Der zweite Versuch (Versuch 2) wurde unter Verwendung der in Fig. 3 und 4 dargestellten Vorrichtung durchgeführt.
Bei der behandelten Charge handelt es sich um ein Vakuumdestillat mit den folgenden Kennwerten:
Dichte (ºAPI) 21
Schwefel (Gew.-%) 1,3
Basischer Stickstoff (Gew.-ppm) 730
Vanadium (ppm) 2
Nickel (ppm) 1
Conradson-Kohlenstoff (Gew.-%) 1,5
Die beiden Versuche wurden unter den in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Versuch .sbedingungen durchgeführt. Tabelle 1 Versuch Katalysatortemperatur vor dem Chargeneinspritzen (ºC) Chargeneinspritztemperatur (ºC) Temperatur am Reaktorende (ºC) Katalysatortyp Durchsatz des Strömungsmittels im gasförmigen Zustand (t/h) Eingeblasenes Strömungsmittel bezogen auf die Wirbelschicht (Gew.-%) Einblasgeschwindigkeit des gasförmigen Strömungsmittels (m/s) Zeolitisch USY identisch
Die Ergebnisse der Versuche 1 und 2 sind in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2 Versuch Trockene Gase, bezogen auf die Charge (Gew.-%) GPL (Gew.-%) Benzin (Gew.-%) Leichtes Verdünnungsmittel (Gew.-%) Schlamm (Gew.-%) Koks (Gew.-%) Umwandlung bei 220ºC (Vol.-%) Flüssige Ausbeute an Kohlenwasserstoffen mit mehr als 3 C-Atomen
Diese Tabelle verdeutlicht, daß die Umwandlung verbessert ist, und zwar um mehr als 1 Gew.-%, desgleichen die Selektivität der Reaktion. Man erhält mehr Benzin bei weniger trockenen Gasen und weniger katalytischem Schlamm. Außerdem zeigt die Tabelle 1 eine beträchtliche Verringerung der Temperatur des Katalysators stromaufwärts vom Einspritzen der Charge, was eine Verringerung der Temperatur des Regenerators um 14ºC zum Ausdruck bringt.

Claims

1. Verfahren zum Homogenisieren im Inneren eines rohrförmigen Reaktors zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einer Wirbelschicht heißer Feststoffteilchen, und zwar zum Homogenisieren des Gemisches der Teilchen und der zu behandelnden Kohlenwasserstoffdämpfe, wobei der im wesentlichen vertikal angeordnete rohrförmige Reaktor kontinuierlich mit einem Strom heißer Feststoffteilchen gespeist wird, den Teilchen im Reaktor eine steigende oder fallende Bewegung vermittelt wird, wobei sie in verdünnter Wirbelschicht gehalten werden, mindestens eine Charge zu krackender Kohlenwasserstoffe mit den Teilchen in Berührung gebracht wird, indem die Charge in die verdünnte Wirbelschicht im Inneren des Reaktors eingespritzt wird, die sich aus dem Inberührungbringen der Kohlenwasserstoffe mit den Teilchen ergebende Gasphase und die Teilchen getrennt werden, die Gasphase und die Teilchen, welche so getrennt wurden, gewonnen werden, die Teilchen gegebenenfalls behandelt werden, um sie zu reaktivieren, und sie wieder zur Speisung des Reaktors verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar stromabwärts von der Einspritzzone in die Reaktionszone der zu behandelnden Charge, wo mindestens 75 % der Chargentropfen verdampft sind, ein Strömungsmittel im gasförmigen Zustand in den Reaktor eingeblasen wird, und zwar an mindestens einer Stelle der Innenseite seiner Seitenwand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel im gasförmigen Zustand an mehreren Stellen in den Reaktor eingeblasen wird, welche gleichmäßig auf der Innenwand desselben verteilt sind, und zwar ringförmig oder schraubenförmig.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel im gasförmigen Zustand in einer Ebene in den Reaktor eingeblasen wird, welche mit dessen Achse einen Winkel zwischen 30 und 150º einschließt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel im gasförmigen Zustand im wesentlichen tangential zur Seitenwand des Reaktors in denselben eingeblasen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel im gasförmigen Zustand aus der Gruppe ausgewählt wird, welche Wasserstoff, die inerten Gase, wie Stickstoff, die leichten Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, die verdampften Kraftstoffe und Wasserdampf umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel im gasförmigen Zustand mit einem Durchsatz in den Reaktor eingeblasen wird, welcher zwischen 0,005 und 1 % des Gewichts des Durchsatzes zirkulierender Feststoffkörner ausmacht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel im gasförmigen Zustand mit einer Geschwindigkeit in den Reaktor eingeblasen wird, welche zwischen 1 und 100 m/s, vorzugsweise zwischen 20 und 50 m/s, liegt.

8. Vorrichtung zum Homogenisieren im Inneren eines rohrförmigen Reaktors zum Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einer Wirbelschicht heißer Feststoffteilchen, und zwar zum Homogenisieren des Gemisches der Teilchen und der zu behandelnden Kohlenwasserstoffdämpfe, wobei der Reaktor (1, 31, 51) im wesentlichen vertikal angeordnet ist und Mittel (2, 32, 52) zum kontinuierlichen Einspeisen eines Stromes heißer Feststoffteilchen, Mittel (4; 35, 43; 55, 58), um den Teilchen im Reaktor eine steigende oder fallende Bewegung zu vermitteln, wobei sie in verdünnter Wirbelschicht gehalten werden, Mittel (6, 36, 56) zum Einspritzen mindestens einer Kohlenwasserstoffcharge in die verdünnte Wirbelschicht im Inneren des Reaktors, Mittel (8, 9, 10) zum Trennen der sich aus dem Inberührungbringen der Kohlenwasserstoffe mit den Teilchen ergebenden Gasphase, Mittel zum Trennen und zum Gewinnen der Gasphase und der Feststoffteilchen, gegebenenfalls Mittel (14) zur Behandlung der gewonnenen Teilchen, um die zu reaktivieren, und Mittel zur neuerlichen Einspeisung der Teilchen in den Reaktor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar stromabwärts von der Einspritzzone der Kohlenwasserstoffcharge an mindestens einer Stelle der Innenseite der Seitenwand (25) des Reaktors ein Mittel (26, 29; 46; 66) zum Einblasen eines gasförmigen Strömungsmittels in den Reaktor vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einblasen des Strömungsmittels im gasförmigen Zustand in einem Abstand stromabwärts von den Chargeninjektoren angeordnet sind, welcher zwischen dem 0,5- und dem 6-fachen des Reaktorradius liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einblasen des gasförmigen Strömungsmittels eine Kammer (26) aufweisen, welche in der Dicke der Wand (25) des Reaktors ausgebildet und mit einer Druckgasquelle verbunden ist, wobei die Kammer (26) mit mindestens einer Öffnung (29) in den Reaktor (1) mündet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kammern (26) und Öffnungen (29) vorgesehen sind, welche gleichmäßig um die Achse des Reaktors herum verteilt sind, und zwar ringförmig oder schraubenförmig, wobei die Öffnungen vorzugsweise schlitzförmig ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einblasen des gasförmigen Strömungsmittels in den Reaktor (31, 51) mindestens einen Injektor (46, 66) aufweisen, welcher mit einer Druckgasquelle verbunden ist und dessen Achse sich im wesentlichen tangential zur inneren Seitenwand des Reaktors sowie senkrecht zu dessen Achse erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Injektoren (46, 66) vorgesehen sind, welche gleichmäßig um die Achse des Reaktors (31, 51) herum verteilt und mit einem von der Druckgasquelle gespeisten Sammler (45, 65) verbunden sind.