DE69824637T2 - Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von feststoffen aus einer gasphase - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft die Trennung von Feststoffen aus Gasen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trennung von Feststoffen aus Gasströmen aus fluidisierten katalytischen Prozessen, wobei suspendierte Feststoffe zirkulieren. Nach dem vorliegenden Verfahren wird ein Gasstrom, der einen Katalysator oder andere Feststoffe in Teilchenform trägt, in eine Zyklonanordnung geleitet, worin die Feststoffe aus der gasförmigen Phase unter der Wirkung der Zentrifugalkraft abgetrennt werden.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Zyklonanordnung zur Abtrennung von Feststoffen aus Gasphasen suspendierten Strömen in einer Anordnung, die für die den Betrieb eines fluidisierten katalytischen Verfahrens verwendet wird.
  • Das Verfahren und die Anordnung gemäß der Erfindung können zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen in Prozessen verwendet werden, die für beispielsweise das katalytische und thermische Cracken, die Dehydrierung, die Fischer-Tropsch-Synthese, die Herstellung von Maleinsäureanhydrid und die Oxidationsdimerisierung von Methan geeignet sind.
  • Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren werden unter Anwendung von Festbettreaktoren und Wirbelbettreaktoren (fluidisierte katalytische Reaktoren) durchgeführt. Im vorliegenden Zusammenhang wird der Ausdruck „Anordnung für ein fluidisiertes katalytisches Verfahren" für eine Anordnung verwendet, die in Verfahren mit einem feinkörnigen, pulverisierten, suspendierten Katalysator, zum Beispiel in einem langsam nach oben aufsteigenden Gasstrom, wobei der Katalysator gewünschte Reaktionen beschleunigt, eingesetzt wird.
  • Eines der am meisten angewendeten Wirbelbettkatalysatorreaktorsysteme des Standes des Technik ist die FCC-Anordnung, das heißt, die Wirbelbettkatalysator-Crackanordnung, die hauptsächlich ein Steigrohr, das im Schnellfluidisierungsstromzustand betrieben wird, einen Großvolumenreaktor, der in einer verdünnten Suspensionsphase betrieben wird und einen Regenerator, der im Wirbelbettzustand betrieben wird, aufweist.
  • In der FCC-Einheit geben das Steigrohr und der Großvolumenreaktor einen Feststoffsuspensionsstrom frei, dessen teilchenförmiges Material und Produktgas voneinander in Zyklonen unter Ausnutzung der Wirkung der Zentrifugalkraft getrennt werden. Typischerweise muss eine Anzahl von Zyklonen in Serie entlang des Gasstroms verbunden sein, um die Gesamttrennleistung zu verbessern, weil einzelnen Zyklone normaler Bauart eine schlechte Trennleistung für Teilchen, die kleiner als 15 μm sind, zeigen. Hier wird ein Zyklon als effektiv angesehen, wenn er diese Teilchen mit kleinem Durchmesser aus dem Gasstrom trennen kann.
  • Zyklonseparatoren haben entweder eine Spulen- oder Spiralstruktur, worin die Suspension aus dem teilchenförmigen Material als Tangentialstrom in den zylindrischen Bereich des Zyklons gerichtet wird, wobei die Katalysatorteilchen aus dem Gas unter der Zentrifugalkraft getrennt werden, wenn der Strom typischerweise 7 – 9 Umdrehungen innerhalb des zylindrischen Bereichs des Zyklons und des konischen Bereichs, der eine Fortsetzung davon bildet, zirkuliert, wobei die Funktion des konischen Bereichs darin besteht, die Tangentialgeschwindigkeit des Gasstroms so zu halten, dass er seiner innewohnenden Tendenz, nachzulassen, widersteht. Es sind ebenfalls axiale Zyklone bekannt, worin das Gas, das durch ein Rohr strömt, in eine Kreisbewegung durch Flügel gezwungen wird, wobei die Fest stoffe unter der Zentrifugalkraft gegen die Rohrwand getrieben werden und aus dem Gasstrom daraus abgetrennt werden.
  • Die GP-Patente 1 592 051 und 1 526 509 beschreiben Axialstromzyklone. Nach diesen Patenten weist ein Axialstromzyklon eine röhrenförmige Zyklonkammer mit einen Einlass für den zu bearbeitenden Strom am ersten Ende der Kammer und einem Auslass für das gereinigte Gas am zweiten Ende dieser Kammer auf. Nach den Patenten wird diese Art von Zyklonen in Verbrennungsmaschinen, Dieselmaschinen, Jetmaschinen, Turbinen und dergleichen verwendet, die eine saubere Luft erfordern.
  • Der am meisten gebräuchliche Zyklontyp ist der Spiralzyklon, der Zenz-Zyklon genannt wird, worin die Anteile der verschiedenen Teile des Zyklons standardisiert sind, was die Dimensionierung des Zyklons auf der Basis von Graphen und Computerformeln ermöglicht. Das Trennvermögen dieses Zyklons wird durch eine große Anzahl von Stromumwälzungen in der Zyklonkammer, eine hohe Stromrate an der Einlassdüse, eine höhere Dichte der Feststoffe, einen kleineren Querschnitt der Einlassdüsenöffnung und eine geringere Viskosität des Gases erhöht.
  • Bei dem Vortrennungszyklon einer Wirbelbettkatalysatorcrackeinheit haben Tests gezeigt, dass die Gasverweilzeit in einer Größenordnung von 1,0 – 2,0 s vom oberen Teil des Steigrohrs zum Zyklonauslass liegt, wonach dann der Katalysator weiterhin in dem Trennbehälter bei erhöhter Temperatur für 5 – 40 s verbleibt. Während dieser Zeit gehen wertvolle Verbindungen als Folge thermischer Reaktionen verloren. Im Ergebnis werden Benzinprodukte durch thermisches Cracken in verbrennbare Gase, insbesondere Kohlenwasserstoffe des C2-Typs, umgewandelt. Andere Nebenprodukte der thermischen Reaktionen sind Diene, wie Butadiene, die in der Alkylierungseinheit einen beträchtlichen Anstieg des Säureverbrauchs verursachen. Pentadiene sind wiederum insbesondere reaktiv, wobei ihr nachteiliger Effekt als verminderte Oxidationsbeständigkeit von FCC-Benzin zutage tritt.
  • Andere Probleme bei den herkömmlichen FCC-Einheiten sind ihre geringe Steuerung der Reaktionsdauer und die Erosion von katalytischen Teilchen/zirkulierenden Teilchen und Reaktorstrukturen.
  • Diese Probleme beziehen sich meistens auf solche wesentlichen Teile der Anordnung, wie die Trenneinheiten der Gase von den Feststoffen/Katalysatoren, das heißt, die Zyklone, die in den meisten Fällen als Einheiten mit einem Ausgang ausgebildet sind. Um die gewünschte Durchflusskapazität zu erreichen, sind eine Vielzahl dieser Einheiten im Allgemeinen parallel und dann zwei oder drei in Serie verbunden.
  • Zusätzlich zur Kompliziertheit und Kostenaufwendigkeit erfordern herkömmliche Zyklonkonstruktionen eine große Grundfläche. Des Weiteren muss der Innenraum der Zyklone mit einer keramischen Verbindung, um Erosion zu verhindern, ausgekleidet sein.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, indem die herkömmlichen Zyklone eines fluidisierten katalytischen Verfahrens durch einen Zyklon mit multiplen Einlässen (ebenfalls als Multiöffnungszyklon bekannt) ersetzt werden, oder alternativ mit einer Vielzahl von Zyklonen, die in Serie verbunden sind. Die Trennleistung eines Multiöffnungszyklons kann bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten höher gemacht werden, und seine Struktur ist einfacher und billiger als diejenige von herkömmlichen Zyklonen. So ist auch die Grundfläche, die ein Multiöffnungszyklon einnimmt, kleiner.
  • Die Trennanordnung, oder Zyklone, die in der Erfindung verwendet werden, umfassen eine Zyklonkammer mit einer zumindest im wesentlichen aufrecht ausgerichteten Mittelachse und einem zu mindest im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt ihres Innenraums, wobei die Trennkammer drehbar symmetrisch mit Bezug auf ihre Mittelachse ist. An die Trennkammer ist eine Einlassdüse für die Prozessgase angeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform hat diese Einlassdüse einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, der um die Mittelachse der Kammer zentriert ist. Weiterhin umfasst die Trennkammer eine Mittelröhre, die für die Entfernung der Gase darin angeordnet ist und einen nach unten gerichteten Rücklaufschenkel (Tauchschenkel = Dipleg) zum Gewinnen der Feststoffe, die aus der Gasphase getrennt werden. Die Trennkammer ist mit einem Satz von Leitschaufeln, die einen Schlitz bilden, ausgerüstet, womit das zu behandelnde Gas in einen Gasstrom gedrängt wird, der nahe an der Innenwand der Zyklonkammer zirkuliert, was die Trennung der Feststoffe von der Gasphase unter der Wirkung der Zentrifugalkraft bewirkt.
  • Abweichend von den Axialstromzyklonen, die in den GP-Patenten Nrn. 1 592 051 und 1 526 509 beschrieben sind, betrifft die Erfindung eine Trennanordnung in einem fluidisierten katalytischen Prozess, die mit einem Reaktor oder Regenerator über eine Gaseinlassdüse verbunden ist, und die im Wesentlichen in dieser Prozessanordnung nach oben angeordnet ist. In einer Trennanordnung wie dieser wird der zu reinigende Materialstrom in die Trennkammer im oberen Teil der Kammer geführt, und die Feststoffe, die aus dem Strom getrennt werden, lässt man in einen Tauchschenkel, der sich vom unteren Teil der Trennkammer erstreckt, fallen. Die erfindungsgemäßen Zyklone weichen von den Axialstromzyklonen ebenfalls derart ab, dass der gereinigte Gasstrom, der aus dem Zyklon abgeführt wird, durch eine Mittelröhre, die bevorzugt mit dem oberen Teil der Trennkammer verbunden ist, abgeführt wird. Zusätzlich dazu gibt es in den GP-Patenten Nrn. 1 592 051 und 1 526 509 nichts über die Verwendung von Axialstromzyklonen mit multiplen Einlässen, und sogar nichts über andere Typen von Zyklonen mit multiplen Einlässen in einem fluidisierten katalytischen Verfahren.
  • Die vorliegende Erfindung erbringt signifikante Vorteile. Demzufolge erbringt die erfindungsgemäße Anordnung, die auf der Verwendung des Zyklons mit multiplen Einlässen basiert, signifikante Vorteile hinsichtlich der Strömungsdynamik und der Prozessverfahrenstechnik gegenüber herkömmlichen Anordnungen und den im Allgemeinen angewendeten Zyklonen mit einer Öffnung. Dieses ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass bei herkömmlichen Zyklonen mit einer Öffnung der Feststoffstrom an die Zykloninnenwand als homogener gassuspendierter Strahl mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, die in Primärzyklonen typischerweise in einem Bereich von 20 – 25 m/s, in Sekundärzyklonen etwa 35 m/s und in Tertiärzyklonen etwa 40 m/s beträgt, aufprallt. Die Strömungsrate des aufprallenden Strahls muss hoch sein, weil die Breite der Düse des Zykloneinlasses (Strahlbreite) im Allgemeinen, z. B. in standardisierten Zenz-Zyklonen, etwa ein Viertel des Zyklondurchmessers beträgt, und das teilchenförmige Material muss über die gesamte Breite des aufprallenden Strahls in der Nähe der Zykloninnenwand verteilt werden, um eine Trennung der Feststoffe vom Gasstrom zu erreichen. Bei diesem Zyklontyp ist der Punkt, der am meisten erosionsanfällig ist, der Bereich der Zykloninnenwand, der den Strahlaufprall der suspendierten Katalysatorteilchen empfängt. Im Gegensatz dazu, sind bei der erfindungsgemäßen Erfindung, die Erosionsprobleme durch eine verbesserte Strömungsdynamik beseitigt: Der einzige großvolumige Einlassstrom ist durch eine Vielzahl von Massenströmen mit kleinerem Volumen, die auf die Innenwand des Multiöffnungszyklons prallen, ersetzt, wodurch sich der erosive Effekt über einen größeren Bereich verteilt. Durch die Multiöffnungskonstruktion können die Zykloneinlassöffnungen eng gemacht werden, wodurch die Katalysatorschicht flach wird, und die Strömungsgeschwindigkeit an der Einlassöffnung kann im Wesentlichen kleiner als bei herkömmli chen Zyklonen mit einer Öffnung, bei denen die Verminderung der Breite der Einlassöffnung eine erhöhte Kanalhöhe erfordern würde, was den Zyklon höher macht und den Kontaktkanal länger und klobiger in seiner Form macht, sein. Die Möglichkeit der Anwendung einer verminderten Zykloneinlassstromgeschwindigkeit trägt zu einer weiterhin erniedrigten Erosionsrate bei, was nach den veröffentlichten Referenzen von der Strömungsgeschwindigkeit durch eine Kraft von 4 bis 5 abhängig ist.
  • In Tests, die bei Raumtemperatur ausgeführt wurden, mit einem Zyklon mit einem Durchmesser von 465 mm mit Einlassöffnungen im gesamten Bereich und geraden Schaufeln, betrug die Trennleistung 99,99 % bei einer 5,6 m/s Einlassströmungsgeschwindigkeit, wenn die Querschnittsmassenströmungsrate des Katalysators nach Differenzialdruckmessungen über 200 kg/m2 s betrug. Bei einem herkömmlichen Zenz-Zyklon mit kompatiblen Dimensionen und Strömungsraten betrug die Trennleistung 99,10 %, berechnet über die Teilchengrößenfraktionen. Ein Vergleich dieser Trennleistungen macht deutlich, dass der erfindungsgemäße neue Zyklon mit den vielen engen Einlassöffnungen eine überlegende Leistung erbringt, wenn das Ziel der Ausgestaltung ist, hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die zu Erosionen führen, zu vermeiden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion mit dem Reaktorsteigrohr (nachfolgend kurz Steigrohr genannt), das direkt mit dem Zykloneinlassrohr verbunden ist, erreicht man eine genau steuerbare Verweilzeit, weil der Katalysator so ausgerichtet ist, dass er den Zyklon von jedem Punkt seiner Einlassröhre gleichzeitig eintritt. Ein erfindungsgemäßer Zyklon kann eine Höhe aufweisen, die auf die Hälfte des Volumens eines Standardzyklons (führt zu einer halbierten Verweilzeit) reduziert ist, weil der neue Zyklon aufgrund seiner verbesserten Strömungsdynamik so dimensioniert sein kann, dass er kürzere Höhe aufweist.
  • Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Zyklon mit multiplen Einlässen dafür verwendet, Katalysator von den Produktgasen eines fluidisierten katalytischen Crackprozesses (FCC) zu trennen. Der Zyklon mit multiplen Einlässen kann ebenfalls in der Regeneratoranordnung einer FCC-Einheit verwendet werden, um den regenerierten Katalysator von den Koksverbrennungsgasen zu trennen.
  • Andere geeignete fludisierte katalytische Verfahren sind unter anderem: das katalytische Reformieren, die oxidative Dimerisierung von Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid oder Methan, die Fischer-Tropsch-Synthese, die Chlorierung und Bromierung von Methan, Ethan und anderen Kohlenwasserstoffen und die Umwandlung von Methanol in Olefine oder Benzin.
  • Im Gegensatz dazu umfasst der Umfang der Erfindung Wirbelbettprozesse, die in zirkulierenden Wirbelbetten betrieben werden, worin die Entfernung des Katalysators aus der Reaktionszone so schnell passiert, dass im Allgemeinen dieser Art von schnell strömenden Wirbelschichten nur durch die Zirkulierung des entfernten Katalysators über die Zyklone erhalten werden kann.
  • Die Trennung der Feststoffe wird mit einer Vielzahl (z.B. 2 – 10, am meisten geeignet 2 – 5) Zyklonen in einer Kaskade durchgeführt. Durch ihre Struktur können die Multiöffnungszyklone, die in der Erfindung verwendet werden, konzentrisch ineinander angeordnet sein, so dass beispielsweise der nach unten gerichtete Rücklaufschenkel oder Tauchschenkel des nächsten Zyklons in der Zyklonkaskade in den Tauchschenkel des vorangegangen Zyklons eingesetzt ist. Aufgrund dieser in der Länge gestapelten und koaxialen Anordnung innerhalb des Druckmantels erreicht man eine signifikante Volumenreduzierung im Hinblick auf konventionelle Zyklonkonstruktionen, die eine Anordnung der Zyklone Seite-an-Seite erfordern. Ein Multiöff nungszyklon kann mit einem größeren Durchmesser als ein herkömmlicher Zyklon vorgesehen werden. Der Durchmesser der Multiöffnungszyklone kann über einen Meter, sogar bis zu mehreren Metern, betragen, während der Durchmesser eines herkömmlichen Zyklons im Allgemeinen auf maximal 1 m begrenzt ist. Dennoch muss man den Durchmesser des Reaktionsbehältnisses bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nicht erhöhen, sondern er kann sogar noch kleiner vorgesehen werden.
  • Die Zykloneinlassdüse weist bevorzugt einen ringförmigen Querschnitt insbesondere dann auf, wenn der Gasstrom von außen in den Reaktor kommt. Dieser ringförmige Querschnitt der Düse kann aus dem Zwischenmantelraum, der zwischen zwei konzentrisch angeordneten zylindrischen oder teilweise konischen Hülloberflächen verbleibt, gebildet sein, wodurch dieser ringförmige Raum in Richtung seiner Längsachse in parallele Stromsegmente (Fließsegmente) durch Baffles geteilt wird. Die parallelen Stromsegmente können angeordnet werden, indem längs ausgerichtete Baffles radial zwischen den beiden koaxialen, zylindrischen Hülloberflächen angebracht werden. Man erreicht fast ein gleiches Ergebnis, wenn die Einlassdüse aus einem Satz von parallelen Einlassröhren, die in gleichem Abstand voneinander kreisförmig angeordnet sind, konstruiert ist.
  • Die Leitschaufeln des Zyklons können als kreisförmiger Schlitz um den Umfang der Innenwand der Zyklonkammer, teilweise oder ganz im Innenraum des Steigrohrkanals angeordnet sein, um einen Schlitz zu bilden, der eine Vielzahl von parallelen Einlasskanälen zum Eintritt des Gasstroms umfasst.
  • Der (die) Zyklon(e) nach der Erfindung ist/sind entweder direkt an den Steigrohrkanal (kurz Steigrohr) eines katalytischen fluidisierten Prozessreaktors gebunden, was eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, oder alternativ werden die Einlassdüse(n) des/der Zyklons) so angeordnet, dass sie mit dem Gasraum eines fluidisierten katalytischen Prozessreaktors kommunizieren, wie es aus der Fall bei herkömmlichen Anordnungen ist.
  • Als nächstes wird nun die Erfindung näher mit Hilfe einer detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme der anliegenden Zeichnungen untersucht, worin:
  • 1A eine schematische Zeichnung einer konventionellen Zyklonkonstruktion zeigt, und
  • 1B eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Zyklonkonstruktion mit in zwei Serien verbundenen Zyklonen (einem Primärzyklon und einem Sekundärzyklon), die direkt am Steigrohr eines FCC-Reaktors angeordnet sind und die
  • 2A und 2B zeigen eine schematische Zeichnung eines konventionellen Zyklons und einer erfindungsgemäßen Zyklonkonstruktion mit zwei in Serie verbundenen Zyklonen (einem Primärzyklon und einem Sekundärzyklon), die direkt an einen FCC-Regenerator angeschlossen sind.
  • In 1A der konventionellen FCC-Zyklonkonstruktion, geht die Mischung aus dem vorfluidisierten Gas und der verdampften Phase von abreagierten und noch reagierenden Kohlenwasserstoffen in gasförmiger Phase nach oben entlang einem Steigrohr 12, wobei der Gasstrom mit dem suspendierten Katalysator in einen Primärzyklon 13, der mit dem Innenraum des Reaktorbehälters 15 verbunden ist, geht. Das teilchenförmige Material des Stroms wird aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen auf die Innenwand der Trennkammer 13 und Herunterfallen davon in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel des Primärzyklons getrennt. Von dem Rücklaufschenkel aus geht der Katalysator weiterhin in den Kohlenwasserstofftrennbereich und den Regenerator. Der Gasstrom, der in den Primärzyklon eintritt, verlässt den Zyklon über die Mittelröhre, die zu dem Sekundärzyklon 14 führt. Die Teilchen werden aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen auf die Innenwand der Zyklonkammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel des Sekundärzyklons getrennt. Aus dem Sekundärzyklon geht der Gasstrom weiterhin eine mögliche Pufferkammer und verlässt schließlich den Reaktor über eine Auslassdüse 16.
  • Der in 1B gezeigte Reaktor 12 umfasst einen Primärzyklon, einen Sekundärzyklon, ein Steigrohr 1 zum Führen der Mischung in den Primärzyklon und ein Auslassrohr 11 zum Herauslassen des Gasstroms aus dem Sekundärzyklon und aus dem Reaktor 12. Der Primärzyklon umfasst einen Raum 2, der sich am Ende eines Steigrohrs 1 und im Innern des Reaktors 12 befindet, einen Leitschaufelschlitz 3, eingesetzt in den oberen Teil des Raums 2, eine Kammer 4 unter dem Leitschaufelschlitz 3, um die Mischung durch den Leitschaufelschlitz 3 passieren zu lassen, die dann rotationsartig entlang der Innenwand der Kammer 4 fließt und einen Rücklaufschenkel 5, der mit dem unteren Teil der Kammer 4 verbunden ist.
  • Der Sekundärzyklon wird oberhalb des Primärzyklons angeordnet und er umfasst eine Mittelröhre 6, deren oberer Teil einen Kanal 7 zum Führen des Gasstrommaterials in den Primärzyklon vom Primärzyklon in den sekundären Zyklon bildet, einen Leitschaufelschlitz 8, der mit dem Kanal 7 verbunden ist und durch die Mittelröhre 6 gebildet ist und einen Kammer 9, die mit dem Leitschaufelschlitz 8 verbunden ist, mit der Hilfe dieser Elemente kann der Gasstrom, der in den zweiten Zyklon geleitet wurde, in eine Bewegung gezwungen werden, die entlang der Innenwand der Kammer 9 rotiert. Der Sekundärzyklon umfasst weiterhin einen Rücklaufschenkel 10, der sich nach unten von der Kammer 9 erstreckt und bevorzugt konzentrisch innerhalb des nach unten gerichteten Rücklaufschenkels 5 des Primärzyklons angeordnet ist. In der Ausführungsform von 1B haben sowohl der Raum 2 als auch der Kanal 7 einen ringförmigen Querschnitt. Die Ringform des Raumes 2 und des Kanals 7 ist dafür gut, die Mischung und den Gasstrom zu führen, allerdings ist es auch möglich, Führungsteile anderer Formen zu verwenden.
  • In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform geht die Mischung aus dem vorfluidisierten Gas und der verdampften Phase aus umgesetztem und noch umsetzenden Kohlenwasserstoff in gasförmiger Phase nach oben entlang eines Steigrohrs 1, wobei der Gasstrom mit dem suspendierten Katalysator in einen Raum 2, der im Innenraum eines Reaktors 12 gebildet ist, geht, von wo der Strom weiterhin in einen Leitschaufelschlitz 3 des Primärzyklons aufsteigt. Die Funktion des Schlitzes 3 besteht darin, einen heftigen Strom zu induzieren, indem die Teilchen aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen unter der Zentrifugalkraft auf die Innenwand 4 der Kammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel 5 des Primärzyklons getrennt werden. Vom Rücklaufschenkel aus geht der Katalysator weiterhin in den Kohlenwasserstofftrennbereich und den Regenerator. Der Gasstrom, der in den Primärzyklon eintritt, verlässt den Zyklon über die Mittelröhre 6, wovon der Strom weiterhin entlang des Kanals 7 mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt in den Leitschaufelschlitz 8 des Sekundärzyklons aufsteigt. Die Teilchen werden aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen auf die Innenwand 9 der Zyklonkammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel 10 des Sekundärzyklons getrennt. Der Rücklaufschenkel 10 des Sekundärzyklons ist vorteilhafter Weise im Innenraum des Primärzyklonrücklaufschenkels 5 eingesetzt. Von dem Sekundärzyklon aus verlässt der Gasstrom den Zyklon und den Reaktor über eine Auslassröhre 11.
  • In den 2A und 2B sind sowohl eine konventionelle Zyklonkonstruktion als auch eine erfindungsgemäße Zyklonkonstruktion erläutert, beide Konfigurationen weisen zwei Zyklone (einen Primärzyklon und einen Sekundärzyklon, die in Serie im Innenraum eines FCC-Reaktors verbunden sind, auf. Die Anzahl der in Serie verbundenen Zyklone kann variieren, so dass sie entweder größer oder kleiner als die beiden Zyklone, die in Diagramm in Serie verbunden sind, sein kann. Da ein herkömmlicher Zyklon einen Durchmesser von maximal 1 Meter aufweist, muss im Allgemeinen mehr als einer dieser Zyklone parallel verbunden sein.
  • In der konventionellen Zyklonkonstruktion fludisiert die Einlassluft, die durch ein Bodengitter 29 geht, den Katalysator, der im Regenerator 30 in einem Blasenbett enthalten ist, wobei gleichzeitig Sauerstoff für die Koksverbrennungsreaktion geliefert wird. Das Gas mit den suspendierten Katalysatorteilchen geht als nächstes in einen Primärzyklon 31, der sich im Innenraum eines Regenerators 30 befindet. Die Teilchen des Stroms werden aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen auf die Innenwand der Trennkammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel des Primärzyklons getrennt. Vom Rücklaufschenkel aus geht der Katalysator weiter zurück in das Wirbelbett. Der Gasstrom, der in den Primärzyklon eintritt, verlässt den Zyklon über die Mittelröhre, die in den Sekundärzyklon 32 geht. Die Teilchen werden aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen auf die Innenwand der Zyklonkammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel des Sekundärzyklons getrennt. Aus dem Sekundärzyklon geht der Gasstrom weiterhin in eine Pufferkammer und verlässt schließlich den Reaktor über ein Auslassrohr 33.
  • Der in 2B gezeigte Regenerator 18 umfasst einen Primärzyklon, einen Sekundärzyklon, ein Bodengitter 17, um die Mischung in den Regenerator 18 zu führen und ein Auslassrohr 28 zum Herauslassen des Gasstroms aus dem Sekundärzyklon und da mit aus dem Regenerator 18. Der Primärzyklon umfasst einen Raum 19, der sich innerhalb des Regenerators 18 im oberen Teil der Kammer befindet, einen Leitschaufelschlitz 20, der mit dem Raum 19 verbunden ist und eine Kammer 21 unter dem Leitschaufelschlitz 21, wobei das Gas mit Hilfe des Leitschaufelschlitz 20 in einer Rotationsstrombewegung entlang der Innenwand der Kammer 21 geführt wird. Der Primärzyklon umfasst weiterhin einen Rücklaufschenkel 22, der mit dem unteren Teil der Kammer 21 verbunden ist.
  • Der Sekundärzyklon ist oberhalb des Primärzyklons angeordnet und umfasst ein Mittelrohr 23, dessen oberer Teil einen Kanal 24 zur Führung des Gasstroms, der in den Primärzyklon von dem Primärzyklon zu dem Sekundärzyklon geleitet wird, bildet, einen Leitschaufelschlitz 25, der mit dem Kanal 24, die durch das Mittelrohr 23 gebildet ist, verbunden ist, und eine Kammer 26, die mit dem Leitschaufelschlitz 25 verbunden ist, mit Hilfe dieser Elemente kann der Gasstrom, der in den Sekundärzyklon geleitet ist, in eine Bewegung gezwungen werden, die entlang der Innenwand der Kammer 26 rotiert. Der Sekundärzyklon umfasst weiterhin einen Rücklaufschenkel 27, der sich nach unten von der Kammer 26 erstreckt und bevorzugt konzentrisch innerhalb des nach unten gerichteten Rücklaufschenkels 22 des Primärzyklons angeordnet ist. Bei der Ausführungsform von 2B haben sowohl der Raum 19 als auch der Kanal 24 einen ringförmigen Querschnitt. Die Ringform des Raums 19 und der Kanal 24 ist dafür gut, die Mischung und den Gasstrom zu führen, es ist allerdings auch möglich, Führungsteile unterschiedlicher Form zu verwenden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung fluidisiert die Einlassluft, die durch ein Bodengitter 17 geht, den Katalysator, der in dem Regenerator 18 in einem Blasenbett enthalten ist, wobei gleichzeitig Sauerstoff in die Koksverbrennungsreaktion gebracht wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform in 2 steigt der Gasstrom mit den suspendierten Katalysatorteilchen in einen Raum 19, der im Innenraum des Zyklons gebildet ist, auf, wovon der Strom weiterhin in einen Leitschaufelschlitz 20 des Primärzyklons aufsteigt. Der ringförmige Querschnitt des Steigrohrs repräsentiert eine besonders bevorzugte Ausführungsform, allerdings kann in der in 2 gezeigten Konfiguration, worin der die Feststoffe enthaltende Gasstrom vom Innenraum des Reaktors kommt, das Steigrohr ebenfalls irgendeinen anderen Querschnitt (z.B. kreisförmig) aufweisen. Die Funktion des Schlitzes 20 besteht darin, einen heftigen Strom zu erzeugen, indem die Teilchen aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen unter der Zentrifugalkraft auf die Innenwand 21 der Kammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel 22 des Primärzyklons getrennt werden. Vom Rücklaufschenkel aus geht der Katalysator weiterhin zurück in das Wirbelbett. Der Gasstrom, der in den Primärzyklon eintritt, verläst den Zyklon über das Mittelrohr 23, wovon der Strom weiterhin entlang des Kanals 24 mit einem bevorzugt ringförmigen Durchschnitt in den Leitschaufelschlitz 25 des Sekundärzyklons aufsteigt. Die Teilchen werden aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen auf die Innenwand 26 der Zyklonkammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel 27 des Sekundärzyklons getrennt. Der Rücklaufschenkel 27 des Sekundärzyklons ist in vorteilhafter Weise in den Innenraum des Primärzyklonrücklaufschenkels 22 eingepasst. Vom Sekundärzyklon aus verlässt der Gasstrom den Zyklon und den Reaktor über ein Auslassrohr 28.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Abtrennung von suspendierten Feststoffen aus einem Gasstrom in einem fluidisierten katalytischen Prozess, das die katalytische Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einer fluidisierten katalytischen Crackeinheit umfasst und die Stufe aufweist: – Leiten des Prozessgasstroms, der die suspendierten Feststoffe trägt, in eine Trennanordnung, worin die Feststoffe von der gasförmigen Phase unter der Wirkung der Zentrifugalkraft getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Trennung der Feststoffe mit einer Vielzahl von Zyklonen mit multiplen Einlässen (36; 711) in einer Kaskade durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu behandelnde Gasstrom in den Zyklon mit multiplen Öffnungen (36; 711) über eine Einlassdüse (2) mit einem axial ringförmigen Durchschnitt geleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu behandelnde Gasstrom durch das Produktgas des fluidisierten katalytischen Prozesses gebildet wird, wobei das Gas den Katalysator in suspendierter Form trägt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zu behandelnde Prozessgasstrom durch Koksverbrennungsgase, die aus der Regeneration des Kata lysators entstehen, gebildet wird, wobei diese Verbrennungsgase den Katalysator in suspendierter Form tragen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kaskade von 2 – 5 Zyklonen verwendet wird, wobei der nach unten gerichtete Rücklaufschenkel (10) des nächsten Zyklons (711) in der Kaskade in den Tauchschenkel (5) des vorangegangenen Zyklons (36) eingesetzt ist.
  6. Zyklonanordnung zur Abtrennung von Feststoffen aus einem Gasstrom in einer fluidisierten katalytischen Crackeinheit, wobei diese Anordnung umfasst: – Eine Trennanordnung (36), die eine Trennkammer (4) mit einer im wesentlichen aufrecht ausgerichteten Längsachse und einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt ihrer Innenwand umfasst, – eine Einlassdüse (2) für die zu behandelnden Gase, wobei die Düse (2) die Trennkammer (4) mit einem Reaktor oder Regenerator mit fluidisiertem Katalysator verbindet, eine Mittelröhre (6), die mit der Trennkammer zur Entfernung der Gase verbunden ist und – einen Tauchschenkel (5) zum Gewinnen der aus dem Gasstrom getrennten Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, dass – die Trennanordnung eine Vielzahl von Zyklonen mit multiplen Einlässen (36; 711) in einer Kaskade aufweist, wobei jeder der Zyklone eine Trennkammer mit einem Leitschaufelschlitz (3) zum Einleiten des zu behandelnden Gases, damit es entlang der Innenwand der Trennkammer (4) fließt, aufweist, wodurch die Abtrennung der Feststoffe aus der gasförmigen Phase unter der Wirkung der Zentrifugalkraft bewirkt wird.
  7. Zyklonanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykloneinlassdüse (2) durch den Zwischenmantelraum, der zwischen zwei konzentrisch angeordneten zylindrischen oder teilweise konischen Hüllflächen verbleibt, gebildet ist.
  8. Zyklonanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlassdüse (2) einen im wesentlichen ringförmigen Querschnitt orthogonal zur Mittelachse der Trennkammer aufweist.
  9. Zyklonanordnung nach einem der Ansprüche 6 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüse (2) in parallele Fließsegmente in axialer Richtung des Zyklons durch Baffles geteilt ist.
  10. Zyklonanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Fließsegmente durch Überbrücken zwischen den zwei konzentrisch angeordneten zylindrischen Hüllflächen-Baffles-Platten, die parallel zur Längsachse des Reaktors ausgerichtet sind, gebildet sind.
  11. Zyklonanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüse mit dem im wesentlichen axialen ringförmigen Querschnitt durch parallele Röhren, die kreisförmig im gleichen Abstand angeordnet sind, gebildet ist.
  12. Zyklonanordnung nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelröhre (6) so angeordnet ist, dass sie sich durch eine Öffnung erstreckt, die durch die Einlassdüse (2) mit dem im wesentlichen ringförmigen Querschnitt gebildet ist.
  13. Zyklonanordnung nach einem der Ansprüche 6 – 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (3) des Zyklons in einer kreisartig ausgebildeten Schlitzanordnung um den Umfang der Zyklonkammer (4), teilweise oder ganz im Innenraum des Zyklonsteigkanals, um einen Schlitz auszubilden, der eine Vielzahl von parallelen Einlasskanälen für den Eintritt des Gasstroms aufweist.
  14. Zyklonanordnung nach einem der Ansprüche 6 – 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Trennanordnung (711), die der ersten Trennanordnung (36) ähnlich ist, aufweist, wobei die zweite Trennanordnung (711) über der ersten Trennanordnung (36) angebracht ist, so dass sich der nach unten gerichtete Rücklaufschenkel (10) der zweiten Trennanordnung (711) in den Tauchschenkel (5) der ersten Trennanordnung (36) erstreckt.
  15. Verwendung einer Zyklonanordnung mit multiplen Öffnungen nach Anspruch 6 zur Abtrennung von regeneriertem Katalysator aus einem Gasstrom, der aus einem Reaktor, der zu einer fluidisierten katalytischen Crackeinheit gehört, abgezogen wird.
  16. Verwendung einer Zyklonanordnung mit multiplen Öffnungen nach Anspruch 6 zur Abtrennung von regeneriertem Katalysator aus einem Gasstrom, der aus einem Regenerator, der zu einer fluidisierten katalytischen Crackeinheit gehört, abgezogen wird.
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