DE69729785T2

DE69729785T2 - Fluidkatalytisch krackverfahren und -einrichtung fur kohlenwasserstoffeinsätze

Info

Publication number: DE69729785T2
Application number: DE69729785T
Authority: DE
Inventors: Marc Fersing; Mariano Del Pozo; Thierry Gauthier
Original assignee: TotalFinaElf France SA
Current assignee: Total Marketing Services SA
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: WO1998012279A1; ZA978333B; ID20024A; EP0874880B1; JP3955332B2; AR008431A1; EP0874880A1; TW366359B; KR100493978B1; US5997726A; JP2000500820A; KR19990067533A; ATE270700T1; CA2236839C; CA2236839A1; DE69729785D1; FR2753453A1; CN1125867C; CN1205028A; ES2224238T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum katalytischen Cracken einer Kohlenwasserstoffbeladung unter absteigendem Bett, wobei eine verbesserte Zone in Kontakt gebracht wird mit der Beladung und dem Katalysator.
In der Erdölindustrie ist bekannt, daß das katalytische Cracken im Fluidbett (englisch: "fluid catalytic cracking", oder auch "FCC"-Verfahren) beim Raffinieren einen immer wichtigeren Platz einnimmt, weil es erlaubt, die Zusammensetzung des Rohöls an den Bedarf des Markts an raffinierten Produkten anzupassen.
In diesem Verfahren wird das Cracken der Beladung, in Abwesenheit von Wasserstoff, in der Gasphase realisiert; die Temperatur der Reaktion liegt in der Größenordnung von 500°C, und der Druck liegt im allgemeinen in der Nähe des Atmosphärendrucks. Im Verlauf der Crackreaktion wird der Katalysator mit Koks und Spuren von schweren Kohlenwasserstoffen überzogen, und die aus der Verbrennung des Koks resultierende Wärme, da der Regenerierbetrieb in Gegenwart von Luft oder Sauerstoff abläuft, gestattet es, den Katalysator auf die gewünschte Temperatur anzuheben, um die für die Crackreaktion erforderliche Wärmemenge einzubringen, nachdem der Katalysator erneut in den Reaktor injiziert wurde.
Diese FCC-Verfahren werden gewöhnlicherweise in Reaktoren unter aufsteigendem Fluß durchgeführt, deshalb der aus dem Englischen entnommene Begriff "Steigreaktor". Diese Arbeitsweise zeigt jedoch eine gewisse Anzahl von Nachteilen: die Teilchen des Katalysators des Fluidbetts befinden sich im instabilen Gleichgewicht, weil sie einerseits unter der Wirkung des Aufstiegs des die Fluidisierung sicherstellenden Gases und der Verdampfung der Beladung dazu neigen, aufzusteigen, andererseits aufgrund ihrer Masse nach unten fallen.
Daraus folgt, daß das C/O-Verhältnis zwischen dem C-Umsatz des Katalysators und dem O-Umsatz der zu behandelnden Beladung durch ein Maximum im allgemeinen zwischen einschließlich 3 und 7 in aktuellen Reaktoren und gewöhnlicherweise in der Nähe von 5 begrenzt ist.
Darüber hinaus wird in Reaktoren unter aufsteigendem Fluß eine Ansammlung von Teilchen in der Nähe der Reaktorwände erzeugt, mit der Folge eines Übercrackens von Kohlenwasserstoffen an dieser Stelle, was sich durch die Bildung von Koks, Wasserstoffs, Methan und Ethan ausdrückt anstelle der nachgesuchten Produkte mit hoher Oktanzahl, während in der Mitte des Reaktors, wo weniger Teilchen vorliegen, eine unzureichende Umwandlung der Beladung erhalten wird.
Schließlich können aufgrund der zuvor erläuterten Ansammlung, falls die Katalysatorkörner generell im Reaktor nach oben steigen, bestimmte unter ihnen erneut in die Nähe der Wandung lokal nach oben steigen. Dieses Phänomen, das unter dem englischen Ausdruck "back-mixing" (Rückmischung) bekannt ist, drückt sich seinerseits durch einen lokalen Abfall der Umwandlung aus, weil die erneut aufsteigenden Körner teilweise deaktiviert sind und eine geringere Wirkung auf die Beladung als die aufsteigenden Körner ausüben. Dieses Phänomen ist um so problematischer, als das zuvor erwähnte C/O-Verhältnis schwächer wird.
Um die Nachteile des Aufsteigers zu beseitigen, ist seit langem vorgeschlagen worden, Reaktoren bei absteigendem Ablauf des Katalysators bzw. "Absteiger" zu verwenden (siehe diesbezüglich zum Beispiel das amerikanische Patent Nr. 2420558).
Man weiß nämlich, daß der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Reaktorarten in der Tatsache besteht, daß die relative Position des Katalysators und der Beladung im wesentlichen über die gesamte Länge des Absteigers gleich bleibt, wobei angenommen wird, daß die Dampf- und festen Phasen unter der Wirkung der Schwerkraft in Bewegung versetzt werden.
Deshalb gibt es keine Rückmischung, die radiale Homogenität des Katalysators im Reaktor wird erhalten, und der Ablauf in diesem Reaktor erfolgt nach der Art eines Kolbens. Dies erlaubt es, der Crackreaktion eine gute Selektivität zu verleihen.
Andererseits scheint die Reaktionsdauer im Verhältnis zum Aufsteiger deutlich vermindert zu sein und im wesentlichen um eine Sekunde geringer zu sein, und es scheint möglich, den Umsatz des Katalysators frei zu steigern, was keinen so unheilvollen Einfluß auf die Bewegung der Teilchen hat wie im Fall des Aufsteigers.
Nichtsdestoweniger zeigt die Durchführung eines Absteigers viele Schwierigkeiten, weshalb wirklich noch niemand das Risiko auf sich genommen hat, den aufsteigenden Ablauf durch den absteigenden Ablauf industriell zu ersetzen.
Wenn vom Absteiger erwartet wird, das Erreichen sehr kurzer Reaktionszeiten zu gestatten, ist es nämlich technisch sehr schwierig, die Mischung, die Verdampfung und die Trennung der Kohlenwasserstoffe und der Katalysatorkörner zu bewirken, da diese Operationen bei Umsätzen in der Größenordnung von 1.500 t/Stunde des Katalysators und von 300 t/Stunde der Kohlenwasserstoffe beim erhöhten Siedepunkt in Sekundenbruchteilen realisiert werden müssen.
Der Absteiger zeigt insbesondere einen Nachteil, der bei der anfänglichen Mischung zwischen Katalysator und Beladung liegt: Der Katalysator besitzt nämlich die Tendenz, ohne Reflux und ohne Rezirkulation unmittelbar zu fallen, was einen negativen Effekt auf den anfänglichen Transfer der Masse und der Wärme mit der Beladung zeigt.
Wenn der Eintrittsfluß des Katalysators und der Beladung perfekt reguliert werden, dürfte dieser Effekt geringer sein. Dies ist aber nicht der Fall, und dies deshalb, weil im Crackreaktor die Fest/Gas-Mischung durch eine Abfolge von an Katalysator reichen und dann an Katalysator armen Zonen zusammengesetzt ist.
In einem Absteiger gibt es keinerlei Mechanismus, der es gestatten würden, daß die Beladung von einer Zone in die andere wechselt. Deshalb wird die Fraktion an Kohlenwasserstoffen, die sich in Kontakt mit einer Zone mit geringer Feststoffdichte befindet, dort über die gesamte Reaktorlänge verbleiben und wird einem unzureichenden thermischen Cracken unterzogen aufgrund einer verfrühten Deaktivierung des Katalysators. Im Gegensatz dazu unterliegen die Kohlenwasserstoffe, die in einer Zone mit hoher Feststoffdichte vorliegen, einer Übercrackung.
Um gleichzeitig die Mischung Beladung/Katalysator und die eigentliche Menge der Crackreaktionen zu optimieren, schlägt das Amerikanische Patent Nr. 5 468 369 eine Vorrichtung vor, in der die Beladung pulverisiert mit dem Katalysator in Kontakt gebracht wird, dann gemäß einem aufsteigenden Ablauf teilweise gecrackt wird. Danach wird die Flußrichtung umgekehrt und das Cracken wird gemäß einem abfallendem Ablauf fertiggestellt.
Diese Vorrichtung scheint jedoch mit einem mechanischen Aufbau schwierig zu realisieren, und sie gestattet keine sehr leistungsstarke Mischung im Fall von großen Katalysatordurchsätzen. Da die Flußrichtung der Mischung Beladung/Katalysator umgekehrt wird, besitzt der Katalysator nämlich die Tendenz, in der Nähe der Vorrichtungswände zu agglomerieren und von der verdampften Beladung getrennt vorzuliegen.
Die Erfindung setzt sich daher die Aufgabe, die Vorteile des aufsteigenden Flusses, nämlich mit einer Mischung, die großen Beladungs- und Katalysatordurchsätzen genügt, mit denjenigen des absteigenden Flusses, nämlich einer guten Selektivität der eigentlichen Crackreaktionen, in Einklang zu bringen.
Im Rahmen ihrer Arbeiten hat die Anmelderin gefunden, daß eine besondere geometrische Konstruktion der Zone des Kontakts zwischen dem Katalysator und der Beladung die gleichzeitige Optimierung der Qualität der Mischung und der Crackreaktionen gestattet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf eine Vorrichtung zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen, mit einem Crackreaktor unter absteigendem Fluß, Einrichtungen zum Bestücken des Reaktors mit einer Kohlenwasserstoffbeladung und mit Teilchen eines regenerierten Crackkatalysators, einer Einrichtung zum Trennen von Produkten der gecrackten Beladung und der Teilchen des deaktivierten Katalysators, mindestens einer Abzieheinrichtung für mindestens ein Fluid von Teilchen des deaktivierten Katalysators, mindestens einer Einheit zum Regenerieren des besagte Katalysators durch Verbrennung von durch den Katalysator getragenem Koks, und Einrichtungen zum Recyceln des regenerierten Katalysators zu den Bestückungseinrichtungen,
wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Zone zum spezifischen Kontaktieren der Kohlenwasserstoffe und des Katalysators umfaßt, die aufgebaut ist mit

– einer Mischkammer mit maximalem Querschnitt S₂, die mit den Bestückungseinrichtungen des regenerierten Katalysators durch eine obere Öffnung in Verbindung steht, welche einen Katalysator-Passierquerschnitt S₁ definiert,
– und einer Reaktionszone mit maximalem Querschnitt S₄, die mit der Mischkammer durch eine Zwischenöffnung mit Querschnitt S₃ in Verbindung steht,

₂

₁

₂

₃

Die Kontaktierzone gemäß der Erfindung ermöglicht es, die erwähnten Aufgaben zu lösen. Ihre Geometrie ist insbesondere kurzzeitig in dem Rahmen anwendbar, wo sie eine vollständige und schnelle Verdampfung der Beladung erlaubt.
Sie gestattet tatsächlich eine homogene Mischung im Inneren der Mischkammer. Sie beherrscht darin einen Ablauf mit perfekter Agitation, da die obere und die Zwischenöffnung mit begrenztem Querschnitt Hälse schaffen, die den Reflux und die Rezirkulation des Katalysators im Inneren der Kammer gestatten. Gewissermaßen, und obwohl der Ablauf absteigend ist, ver hält sich die Mischung insgesamt vergleichbar zu derjenigen, die in der Mischzone eines Reaktors mit aufsteigendem Ablauf verwirklicht wird.
Aus der EP-A-0 209 442 ist eine Vorrichtung zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen bekannt, deren Zone zum Kontaktieren des Katalysators und der Kohlenwasserstoffe einzig durch eine Reaktionszone mit länglicher Form, d. h. mit einem einzigen Teil, aufgebaut ist.
Im übrigen ist aus der EP-A-0 344 032 ein Reaktor mit mitgeführtem fluidisiertem Bett bekannt, der insbesondere zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen verwendbar ist. Dieser im wesentlichen vertikale und längsgeformte Reaktor weist ein Element zum Steuern des Flusses von festen Teilchen auf, das ein festes Teil, das im Inneren des Reaktors einen Vorsprung bildet, sowie ein bewegliches Teil, das sich mittels eines Stifts verschieben läßt, umfaßt (siehe Anspruch 1). Dieses "Element zum Steuern" ist ein zu einem Kolben analoges System, und seine Funktion ist es, den Fluß der katalytischen Teilchen, die in die Zone des Kontakts zwischen Katalysator und Kohlenwasserstoffen eintreten, zu steuern (siehe Spalte 11, Zeilen 5 bis 10).
Er unterscheidet sich vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung dadurch, daß er keine spezielle Mischkammer mit besonderer Geometrie umfaßt.
Gemäß einem Kennzeichen der Erfindung liegt das Verhältnis S₁/S₃ zwischen dem Querschnitt S₁ der Passage des Katalysators durch die Ringöffnung und dem Querschnitt S₃ der Zwischenöffnung im Bereich von 0,8 bis 1,25 und vorzugsweise von 0,9 bis 1,1, um eine optimale Mischung im Inneren der Mischkammer zu ermöglichen.
Die Kohlenwasserstoffe werden auf vorteilhafte Weise unter gegenläufigem, absteigendem Fluß der Katalysatorteilchen unter einem Winkel zur Horizontalen von zwischen einschließlich 2° und 45° und vorzugsweise zwischen 5 und 35° injiziert. Auf diese Weise wird die Mischung zwischen der Beladung und dem Katalysator optimiert, da es diese Injizierrichtung der Beladung gestattet, die Masse des absteigenden Katalysators besser aufzubrechen.
Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung weitet sich die Reaktionszone, ausgehend von der Zwischenöffnung, unter einem Winkel mit der Vertikalen von zwischen einschließlich 1 und 20° und vorzugsweise zwischen 2 und 15° konisch auf, bis der maximale Querschnitt S₄ erreicht ist.
Diese Aufweitung erlaubt somit den Ablauf unter perfekter Agitation fortschreitend zu transformieren, wobei im Inneren der Mischkammer ein Ablauf vom Typ eines Kolbens in die Reaktionszone auferlegt wird. Mit der Maßgabe, daß ein solcher Ablauf für die Selektivität von Crackreaktionen besonders vorteilhaft ist, besitzt das Verfahren der Erfindung gleichfalls die Vorteile, die dem Reaktor mit herkömmlichem absteigendem Fluß eigen sind.
Das Verhältnis S₄/S₃ zwischen dem maximalen Querschnitt S₄ der Reaktionszone und dem Querschnitt S₃ der Zwischenöffnung besitzt auf vorteilhafte Weise einen Wert zwischen einschließlich 1,5 und 8 und insbesondere zwischen einschließlich 2,5 und 6.
Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist das Verhältnis S₂/S₄ zwischen dem maximalen Querschnitt der Reaktionszone zwischen einschließlich 0,8 und 1,25 und vorzugsweise zwischen 0,9 und 1,1.
Die Erfindung hat gleichfalls zum Gegenstand ein Verfahren zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen, umfassend eine Stufe des Kontaktierens von Kohlenwasserstoffen und von Teilchen eines Katalysators, eine Stufe der katalytischen Reaktion unter absteigendem Flußbett, eine Stufe zur Trennung des deaktivierten Katalysators und von Kohlenwasserstoffausflüssen, mindestens einer Stufe des Abziehens von deaktiviertem Katalysator, dann eine Stufe der Regenerierung des besagten Katalysators unter Verbrennungsbedingungen von durch den Katalysator getragenem Koks, und schließlich eine Stufe des Recycelns des regenerierten Katalysators in die Bestückungszone, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß ein substantieller Teil der Kohlenwasserstoffe versprüht wird und in Kontakt gebracht wird mit dem Katalysator in einer spezifischen Kontaktierzone der oben definierten Vorrichtung zum katalytischen Cracken.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Studium der Beschreibung deutlich, die mit einer besonderen Ausführungsform folgt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 eine schematische Ansicht eines Umwandlungs-Zusammenbaus gemäß der Erfindung ist;
2 eine detailliertere Ansicht der Zone gemäß der Erfindung zum Kontaktieren von Beladung und Katalysator ist.
Die gezeigte Vorrichtung umfaßt einen röhrenförmigen Reaktor 1 mit absteigendem Fluß, bzw. "Absteiger", der von seinem oberen Teil, ausgehend von einer Umfassung 2, die mit diesem koaxial ist, mit regenerierten Katalysatorteilchen bestückt wird. Ein Ventil 3, der zur Steuerung des Verhältnisses der Masse des Katalysators zur Masse der im Reaktor zu behandelnden Beladung bestimmt ist, ist zwischen dem Reaktor 1 und dem abgeschlossenen Raum 2 eingebracht. Unterhalb dieses Ventils mündet eine Leitung 4 zum Bestücken des Reaktors 1 mit der zu behandelnden Beladung von Kohlenwasserstoffen, die auf an sich bekannte Weise vorerhitzt ist. Diese Beladung wird durch Injektoren am oberen Ende der Kontaktierzone 5 in Form feiner Tröpfchen versprüht, um eine Mischung mit den Katalysatorteilchen zu bilden, wobei in Kontakt mit diesen die Crackreaktion hervorgerufen wird. Die Injektionsrichtung der Beladung sowie die Geometrie der Kontaktierzone werden nachfolgend näher ausgeführt. Die Katalysatorteilchen und die zu behandelnde Beladung bewegen sich somit im Reaktor 1 von oben nach unten.
Am Boden desselben werden die gebrauchten Katalysatorteilchen in eine Abziehumfassung 6 gerichtet, die an ihrem unteren Teil mit einem Versprüher 7 ausgestattet ist, der über eine Leitung 8 mit Wasserdampf versorgt wird.
Ebenfalls am unteren Teil des Reaktors 1, über der Umfassung 6, mündet eine Leitung 9, über die die Crackprodukte und die vom Abstreifer kommenden Kohlenwasserstoffe zu einer Trennsäule 10 hin abgezogen werden. Vor der Ankunft bei dieser Säule 10 können die durch die Leitung 9 abgezogenen Gase wahlweise mit einem Kohlenwasserstoff oder mit Wasserdampf, was durch eine Leitung 11 in die Leitung 9 eingeführt wird, verdünnt werden.
Die abgestreiften Katalysatorteilchen werden mittels Schwerkraft über einen geneigten Kanal 22 zu einer aufsteigenden Säule 12 abgezogen, in der sie zu einem Regenerator 13 hin mit Hilfe eines Trägergases, das ausgehend von der Leitung 15 bei 14 am Grund der Säule 12 versprüht wird, nach oben befördert werden.
Die Säule 12 mündet in den Regenerator 13 unterhalb eines ballistischen Trenners 16, der die Trennung der Katalysatorteilchen und des Trägergases sicherstellt. Die Katalysatorteilchen werden somit im Regenerator auf an sich bekannte Weise regeneriert durch Verbrennung von Koks, der sich auf ihrer Oberfläche niedergeschlagen hat, sowie restlicher Kohlenwasserstoffe, mit Hilfe eines Luft- oder Sauerstoffstroms, der über die Leitung 17 mit dem Versprüher 18 zugeführt wird.
Die regenerierten Katalysatorteilchen werden durch Schwerkraft über den Kanal 19 in Richtung der Umfassung 2 ohne thermischen Verlust abgezogen.
Beim oberen Teil des Regenerators 13 werden die von der Verbrennung kommenden Gase zu Zyklonen 23 abgezogen, die die Feinteilchen, die über den Kanal 20 zum Regenerator hin rezyklisiert werden, und die Gase, die über die Leitung 21 abgezogen werden, trennen.
Die 2 zeigt auf genauere Art die Kontaktierzone 5, die den Gegenstand der Erfindung bildet.
Die Kontaktierzone 5 ist durch eine Mischkammer 24 und eine Reaktionszone 25, die unmittelbar unterhalb der letztgenannten angeordnet ist, gebildet.
Die Mischkammer 24 wird bei ihrem oberen Teil über den zylindrischen Kanal 26 mit Querschnitt S_c, der mit der bezüglich 1 beschriebenen (jedoch in 2 nicht gezeigten) Umfassung 2 in Verbindung steht, mit warmem regeneriertem Katalysator bestückt. Ein an sich bekanntes Blockierstück 28 ist am unteren Ende des Kanals 26 angeordnet, dabei gewissermaßen eine obere ringförmige Öffnung 30 der Mischkammer 24 definierend, durch die der Katalysator dort hinein abgelassen wird. Diese Öffnung 30 begrenzt somit einen Querschnitt S₁ der Passage des Katalysators, welcher geringer ist als der Querschnitt S_c des Kanals 26.
Die Mischkammer 24 weitet sich, ausgehend von ihrer oberen Öffnung 30, einem kegelförmigen Abschnitt 32 mit Scheitelwinkel A folgend, auf, bis ihr maximaler Querschnitt S₂ erreicht ist. Der Winkel A, z. B. 40°, kann zwischen einschließlich 10 und 60° liegen, während der Querschnitt S₂ z. B. gleich 5 mal S₁ ist, aber zwischen einschließlich 1,5 und 8 mal S₁ liegen kann.
Die Peripherie 34 der Mischkammer 24 ist bei der Höhe des maximalen Querschnitts der letztgenannten mit einer Reihe von Injektoren 36 versehen, die die Injektion der Beladung nach dessen Atomisierung außerhalb der Vorrichtung gestatten.
Die Injektoren 36 sind so orientiert, daß die Tröpfchen der Beladung auf einen Gegenstrom des absteigenden Flusses der Katalysatorteilchen gelenkt werden über einen Winkel B im Verhältnis zur Horizontalen von gleich beispielsweise 15°, der jedoch auch zwischen einschließlich 2° und 45° liegen kann. Die Anzahl sollte so sein, daß die Gesamtheit des absteigenden Katalysators durch die Tröpfchen der Beladung erreicht werden kann.
Die Mischkammer 24 verengt sich dann, ausgehend vom maximalen Querschnitt S₂ über einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 38, bis ihr unteres Ende mit Querschnitt S₃ erreicht ist. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 38 zeigt einen Scheitelwinkel C, der z. B. gleich 30° ist, aber zwischen 10 und 50° liegen kann, während der Querschnitt S₃ z. B. gleich S₂/4-tel ist, aber auch zwischen einschließlich S₃/3- und S₂/8-tel liegen kann.
Diese Mischkammer, die aus zwei Kegelabschnitten 32, 38 aufgebaut ist, die sich aufweiten und dann verengen, sind derart gebildet, daß sie einen Ablauf mit perfekter Agitation auferlegt, was den Reflux und die Rezirkulation des Katalysators gestattet, die für eine gute Mischung des letzteren mit der verdampften Beladung erforderlich sind.
Stromabwärts der Mischkammer 24, in der Ablaufrichtung der Beladung, erstreckt sich die Reaktionszone 25, die mit der Mischkammer über ihr unteres Ende in Verbindung steht, welches eine Zwischenöffnung 40 vom Querschnitt S₂ schafft.
Die Reaktionszone 25 weitet sich, ausgehend von der Zwischenöffnung, über einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 42 mit Scheitelwinkel D auf, bis ihr maximaler Querschnitt S₄ erreicht ist. Der Winkel D ist z. B. gleich 6°, kann jedoch zwischen einschließlich 1 und 15° liegen, während der Querschnitt S₄ z. B. gleich 5 mal S₃ ist, jedoch zwischen einschließlich 1,5 und 8 mal S₃ liegen kann.
Diese Aufweitung erlaubt eine fortlaufende Veränderung der Natur des Ablaufs der Beladungs/Katalysator-Mischung. Folglich wandelt sich der in Bewegung versetzte Ablauf im Inneren der Mischkammer indirekt in einen Kolben-artigen Ablauf in der Re aktionszone um, der perfekt darauf abgestimmt ist, eine gute Selektivität der sich dort bildenden Crackreaktionen sicherzustellen.
Stromabwärts dieses kegelstumpfförmigen Abschnitts 42, in der Ablaufrichtung der Beladung, ist die Reaktionszone durch eine zylindrische Verlängerung 44 aufgebaut und besitzt einen im wesentlichen konstanten Querschnitt, in der Nähe von S₄ derart, daß der Kolben-artige Ablauf, der bei der Passage der Beladung im kegelstumpfförmigen Abschnitt 42 geschaffen wurde, gut aufrechterhalten wird.
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich einheitlich auf Größenausmaße, die zwischen den unterschiedlichen Teilen der den Gegenstand der Erfindung bildenden Kontaktierzone bestehen. Der Fachmann wird den Zusammenbau dieser Zone dimensionieren können je nach jeweiligem Durchsatz der Beladung und des Katalysators sowie der passenden Verweildauer der Beladung in der Mischkammer sowie in der Reaktionszone.
Der Querschnitt S₁ der Passage des Katalysators durch die obere Öffnung 30 und der Querschnitt S₃ der Zwischenöffnung 40 sind z. B. gleich 65 cm², können aber zwischen einschließlich 10 und 500 cm² liegen.
Der maximale Querschnitt S₂ der Mischkammer 24 und der maximale Querschnitt S₄ der Reaktionszone 25 sind z. B. gleich 300 cm², können aber zwischen einschließlich 30 und 2.000 cm² liegen.
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf eine Kontaktierzone, die aus einer Reihe von Umlaufoberflächen aufgebaut ist, nämlich zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Abschnitten, deren Querschnitt kreisförmig ist. Nichtsdestoweniger zieht die vorliegende Erfindung gleichfalls eine Gesamt-Kontaktierzone in Betracht, für die es gewisse Beziehungen zwischen Abschnitten von diese aufbauenden Elementen bestehen, wobei diese Abschnitt von polygonaler Form, oval oder irgendeiner anderen Form sein können.
Im übrigen findet die Kontaktierzone gemäß der Erfindung Anwendung bei jeglicher Vorrichtung zum katalytischen Cracken, deren Reaktor unter absteigendem Fluß der Beladung steht, wie auch immer insbesondere die Einrichtungen zum Abziehen und zum Regenerieren des deaktivierten Katalysator sein mögen.
Das nachfolgende Beispiel, welches nicht begrenzend ist, ist zur Veranschaulichung der Durchführung der Erfindung sowie deren Vorteile bestimmt.
Beispiel
Eine Erdölbeladung zeigt die folgenden Eigenschaften:

– Dichte bei 15°C: 0,925,
– 50%-Destillierpunkt: 470°C,
– Viskosität bei 100°C: 12,5·10^–6 m²/s (12,5 cst),
– Conradson-Kohlenstoffrest: 1,7 Gew.-%;
– Nickelgehalt: 0,1 Gew.-ppm
– Stickstoffgehalt: 390 Gew.-ppm
– Vanadiumgehalt: 1 Gew.-ppm

Diese Beladung wird bei aufsteigendem Abfluß unter den folgenden Betriebsbedingungen in einen katalytischen Cracker eingeführt:

– Katalysator: durch Akzo vermarkteter Zeolith-Typ,
– Masseverhältnis Katalysator/Beladung: 5,
– Reaktionstemperatur: 520°C,
– Anzahl der Injektoren: 8
– Verweildauer in der Reaktionszone: 2 Sekunden

Diese gleiche Beladung wird dann in einen absteigenden katalytischen Cracker eingeführt, der mit einer Kontaktierzone gemäß der Erfindung versehen ist, unter den folgenden Betriebsbedingungen:

– Katalysator: durch Akzo vermarkteter Zeolith-Typ,
– Masseverhältnis Katalysator/Beladung: 8
– Reaktionstemperatur: 545°C,
– Anzahl der Injektoren: 8,
– Verweildauer in der Reaktionszone: 350 ms

Die bei diesen beiden Crack-Betrieben erhaltenen Ausbeuten sind in der folgenden Vergleichstabelle zusammengestellt:
Ausbeute in Gew.-%
Das Beispiel zeigt, daß die Verwendung des katalytischen Crackverfahrens gemäß der Erfindung gestattet:

– eine sehr starke Reduktion der Erzeugung trockener Gase (ungefähr –30%);
– eine Erhöhung der Ausbeute an GPL (verflüssigtes Erdgas) und an Gesamtbenzin;
– eine Erhöhung des allgemeinen Umsatzes, da der Prozentsatz der unterhalb 360°C siedenden Fraktion für das Verfahren des Stands der Technik bei 57,7%, für das Verfahren gemäß der Erfindung bei 66,1% liegt.

Des weiteren ist die Qualität des erzeugten Benzins verbessert, da im Vergleich zum Stand der Technik eine Erhöhung der Oktanzahl bemerkt wird:

– um 6 Punkte für die RON ("Research Octane Number" oder "nachgesuchte Oktanzahl") des Schwerbenzins (die zwischen 160 und 220°C siedende Fraktion)
– um 4 Punkte für die MON ("Motor Octane Number" oder "Motoren-Oktanzahl") des Schwerbenzins
– um 2 Punkte für die RON des Leichtbenzins (die zwischen 0 und 160°C siedende Fraktion)
– um 1 Punkt für die MON des Leichtbenzins.

Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet somit die Erhöhung der Selektivität des Crackens durch Ermöglichung eines im Vergleich zum Stand der Technik erhöhten Masseverhältnisses Katalysator/Beladung (und somit ein geringeres ΔKoks, d. h. einen geringeren Unterschied zwischen den Mengen an Koks, die auf dem Katalysator beim Eintritt in die Regenerierzone und beim Austritt derselben vorliegen).
Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es gleichfalls, wenn eine gegebene Umwandlung zugrundegelegt wird, schwierigere Beladungen zu behandeln, insbesondere dichtere sowie solche, deren Prozentsatz an Conradson-Kohlenstoffresten stärker erhöht ist.

Claims

Vorrichtung zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen, mit einem Crackreaktor (1) unter absteigendem Fluß, Einrichtungen zum Bestücken des Reaktors unter Druck mit einer Kohlenwasserstoffbeladung und mit Teilchen eines regenerierten Crackkatalysators, einer Einrichtung zum Trennen von Produkten der gecrackten Beladung und von Teilchen des deaktiverten Katalysators, mindestens einer Abzieheinrichtung (6) für mindestens ein Fluid von Teilchen des deaktivierten Katalysators, mindestens einer Einheit (13) zum Regenerieren des besagten Katalysators durch Verbrennung von durch den Katalysator getragenem Koks, und Einrichtungen (19; 2; 3) zum Recyceln des regenerierten Katalysators zu den besagten Bestückungseinrichtungen, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Zone (5) zum spezifischen Kontaktieren der Kohlenwasserstoffe und des Katalysators umfaßt, die aufgebaut ist mit – einer Mischkammer (24) mit maximalem Querschnitt S₂, die mit den Bestückungseinrichtungen des regenerierten Katalysators durch eine obere Öffnung (30) in Verbindung steht, welche einen Katalysator-Passierquerschnitt S₁ definiert, – und einer Reaktionszone (25) mit maximalem Querschnitt S₄, die mit der Mischkammer (24) durch eine Zwischenöffnung (40) mit Querschnitt S₃ in Verbindung steht, und daß die Verhältnisse S₂/S₁ und S₂/S₃ im Bereich von 1,5 bis 8 und vorzugsweise von 2,5 bis 6 liegen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis S₁/S₃ zwischen dem Querschnitt S₁ der Passage des Katalysators durch die obere Öffnung (30) und dem Querschnitt S₃ der Zwischenöffnung (40) im Bereich von 0,8 bis 1,25 und vorzugsweise von 0,9 bis 1,1 liegt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone (25), ausgehend von der Zwischenöffnung (40), sich unter einem Winkel mit der Vertikalen von zwischen einschließlich 1 und 20° und vorzugsweise zwischen 2 und 15° konisch aufweitet, bis der maximale Querschnitt S₄ erreicht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis S₄/S₃ einen Wert von zwischen einschließlich 1,5 und 8 annimmt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis S₂/S₄ zwischen dem maximalen Querschnitt S₂ der Mischkammer (24) und dem maximalen Querschnitt S₄ der Reaktionszone (25) im Bereich von 0,8 bis 1,25 und vorzugsweise von 0,9 bis 1,1 liegt.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt S₁ der Passage des Katalysators durch die obere Öffnung (30) und der Querschnitt S₃ der Zwischenöffnung (40) im Bereich von 10 bis 500 cm² liegen.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Querschnitt S₂ der Mischkammer (24) und der maximale Querschnitt S₄ der Reaktionszone (25) im Bereich von 30 bis 2.000 cm² liegen.
Verfahren zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen, umfassend eine Stufe des Kontaktierens von Kohlenwasserstoffen und von Teilchen eines Katalysators, eine Stufe der katalytischen Reaktion unter absteigendem Flußbett, eine Stufe zur Trennung des deaktivierten Katalysators und von Kohlenwasserstoff-Ausflüssen, mindestens einer Stufe des Abziehens von deaktiviertem Katalysator, dann eine Stufe der Regenerierung des besagten Katalysators unter Verbrennungsbedingungen von durch den Katalysator getragenem Koks, und schließlich eine Stufe des Recycelns des regenerierten Katalysators in die Bestückungszone, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß ein substantieller Teil der Kohlenwasserstoffe versprüht wird und in Kontakt gebracht wird mit dem Katalysator in einer solchen spezifischen Kontaktierzone, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert ist.
Verfahren zum Cracken gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe in die Mischkammer im Gegenstrom des absteigenden Flusses der Katalysatorteilchen injiziert werden unter einem Winkel im Verhältnis zur Horizontalen, der im Bereich von 2° bis 45° und vorzugsweise von 5° bis 35° liegt.