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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf das katalytische Cracken von Kohlenwasserstoffen in Gegenwart
von Katalysatoren in fluidisierter bzw. Wirbelstromphase. Sie hat
insbesondere zum Gegenstand Verbesserungen, die in Reaktoren zum
katalytischen Cracken im Wirbelstrom bzw. -schichtzustand vorgenommen werden.
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Auf an sich bekannte Weise wendet
die Erdölindustrie
Verfahren zur Umwandlung von Schwer-Kohlenwasserstoff-Beladungen
an, in denen Kohlenwasserstoffmoleküle mit hohem Molekulargewicht
und erhöhtem
Siedepunkt in kleinere Moleküle
gespalten werden, die passend zur nachgesuchten Anwendung bei leichteren
Temperaturbereichen sieden können.
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Auf diesem Gebiet ist das am weitest
verbreitetste Verfahren aktuell das als katalytisches Wirbelstromcracken
(katalytische Cracken bei fluidisiertem Zustand) bezeichnete Verfahren
(allgemein bezeichnet als FCC-Verfahren; englisch "fluid catalytic cracking"). In diesem Verfahrenstyp
wird die Kohlenwasserstoffbeladung, die in Form feiner Tröpfchen pulverisiert
ist, in Kontakt gebracht mit Körnern
des Crackkatalysators bei hoher Temperatur, und wobei diese im Reaktor
in der Form eines Fluidbetts zirkulieren, d. h. in mehr oder weniger
dichter Suspension innerhalb eines Gasfluids, welches ihren Transport
sicherstellt oder unterstützt.
Im Kontakt mit dem warmen Katalysator gibt es eine Verdampfung der
Beladung, gefolgt von einem Cracken der Kohlenwasserstoffmoleküle an den
aktiven Stellen des Katalysators. Nachdem man so den gewünschten
Molekulargewichtsbereich mit einer entsprechenden Absenkung des
Siedepunkts erzielt hat, werden die Abflüsse der Reaktion von den Katalysatorkörnern getrennt.
Diese Katalysatorkörner,
die aufgrund von Kohle deaktiviert sind, die sich auf ihrer Oberfläche abgeschieden
hat, werden dann ausgetrieben (gestrippt), um die eingeschlossenen
Kohlenwasserstoffe wieder zu gewinnen, dann durch Kohleverbrennung
regeneriert, und schließlich
wieder mit der zu crackenden Beladung in Kontakt gebracht.
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Die verwendeten Reaktoren sind im
allgemeinen Vertikalreaktoren vom röhrenförmigen Typ, in denen der Katalysator
bewegt wird, einem im wesentlichen aufsteigenden Fluß folgend
(der Reaktor wird daher als "Aufsteiger" bezeichnet), oder
einem im wesentlichen abfallenden Fluß folgend (der Reaktor wird
dann als "Dropper" oder "Abfaller" bezeichnet).
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Man weiß, daß einer der Schlüsselfaktoren
der katalytischen Crackverfahren auf der Menge der Beladungsmischung
beruht, die in der Form von feinen Tröpfchen im flüssigen Zustand
injiziert wird mit dem Fluß der
aus der Regenerierung stammenden, warmen Katalysatorkörner. Es
ist daher von grundsätzlicher
Bedeutung, einen schnellen, innigen und gleichförmigen Kontakt der Kohlenwasserstoffe
mit dem Katalysatorfluß sicherzustellen,
da dieser die Wirksamkeit der Wärmeübertragung
beeinflußt,
die von den warmen Katalysatorkörnern
auf die Tröpfchen
der Beladung bewirkt wird. Von der Wirksamkeit dieser thermischen Übertragung hängen die
Geschwindigkeit und die Gleichförmigkeit
der Verdampfung der Beladung und somit die Qualität der Umwandlung
des Letzteren ab, da ja die katalytische Crackreaktion im Gaszustand
bewirkt wird.
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Die auf diesem Gebiet durch die Anmelderin
unternommenen Untersuchungen haben währenddessen gezeigt, daß die Ausbeuten,
die mit den leistungsfähigsten
Crackeinheiten erhalten wurden, unter dem zurückblieben, was aus theoretischen
Untersuchungen vorhergesagt wurde, und daß dieser Unterschied insbesondere
einem schlechten Inkontaktbringen der Tröpfchen der Beladung mit den
Teilchen des Katalysators zuzuschreiben ist. Sie hat angenommen,
daß dafür teilweise
eine Inhomogenität
der Dichte des Fluidbetts des Katalysators verantwortlich war, das
in der Injektionszone der Beladung ankam, d. h. einer deutlichen
Trennung im Inneren der Mischung, die sich aus den Körnern des
Katalysators und dem Gasfluid, das ihren Transport sicherstellen
soll, zusammensetzt.
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Insbesondere hat sie zwei Hauptfaktoren
für die
Trennung festgestellt:
- – Zum einen fehlt es in den
herkömmlichen
Vorrichtungen dem Zirkulationszustand der Katalysatorkörner häufig an
Stabilität.
Speziell haben die vom Regenerator kommenden Katalysatorkörner die
Tendenz, "als Bündel" anzukommen, und
man beobachtet dann ein als Pulsierung bezeichnetes Phänomen: die
Versorgung des Reaktors mit den Katalysatorkörnern wird nicht fortgesetzt
und die Dichte des Katalysatorflusses, der in der Crackzone ankommt,
kann dann inbesondere im Verlauf der Zeit um einen Mittelwert herum
fluktuieren. Dieser Pulsierzustand äußert sich durch eine Fluktuation
im Verlauf der Zeit des tatsächlichen
Verhältnisses
C/O zwischen der Menge des Katalysators C, die in die Reaktionszone
eingeführt
wird, und derjenigen von 0 der injizierten, zu crackenden Beladung.
- – Zum
anderen, insbesondere bei Einheiten, die mit einem Reaktor vom Typ
eines aufsteigenden Flusses (Aufsteiger) ausgerüstet sind, tendieren diese
Körner
in der Leitung, die zur Sicherstellung der Übertragung der Katalysatorkörner vom
Regenerator zum Reaktor geneigt ist, dazu, sich am Boden zu sammeln,
während
der Überführungsdampf "Blasen" im Bereich über dieser Übertragungsleitung
bildet. Der Knick, der sich beim Niveau der Verbindung zwischen
dieser geneigten Leitung und dem Reaktor befindet, verstärkt nur
die Trennung. Da die Fluidisiervorrichtung des Katalysators, die
sich beim Eingang des Reaktors befindet, die Wiedereinstellung der
Verteilung der Katalysator körner
für den
Reaktorenabschnitt nicht erlaubt, stellt man beim gleichen Abschnitt
eine Inhomogenität
der Dichte des Katalysators fest. Dies hat eine Inhomogenität des tatsächlichen
Verhältnisses
C/O und somit des Temperaturprofils für einen gleichen Abschnitt
des Reaktors zur Folge.
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Beim Niveau der Injektionszone der
Beladung erweisen sich diese räumlichen
und zeitlichen Variationen des tatsächlichen Verhältnisses
C/O als besonders problematisch, da sie eine Inhomogenität des Dampfes
und des Crackanteils der injizierten Beladung herbeiführt. An
den Stellen, wo die Dichte des Katalysators zu stark erhöht ist,
besteht das Risiko, daß ein Übercracken
der Beladung hergestellt wird, wobei Trockengas und Kohle zum Nachteil
der nachgesuchten, intermediären
Kohlenwasserstoffe erzeugt werden. Bei Stellen andererseits, wo
die Dichte des Katalysators unzureichend ist, wird die Beladung
nur teilweise verdampft, was eine gesteigerte Abscheidung von Kohlenwasserstoffen
auf der Oberfläche
des Katalysators durch Kollision der Katalysatorkörner mit
den Tröpfchen
der nicht verdampften Beladung und daher eine erhöhte Kohleverkokung
des Katalysators herbeiführt.
Das Defizit an katalytischen Stellen andererseits bevorzugt die
wenig selektiven Reaktionen des thermischen Crackens zum Nachteil
der Reaktionen des katalytischen Crackens.
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Alle diese Phänomene bewirken letztlich eine
deutliche Einbuße
im Sinne der Ausbeuten und der Selektivität der Umwandlung und führen zu
einer deutlichen Verkokung der Innenräume des Reaktors und der Trenn-
und Abstreif-Einfassung.
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Um die oben beschriebenen Probleme
zu vermeiden, hat die Anmelderin schon jetzt eine gewisse Anzahl
von Lösungen
vorgeschlagen.
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Im Patent EP-0 326 478 hat sie eine
neue Form zur Verbindung des Regenerators mit dem Reaktor einer
katalytischen Crackeinheit, die im aufsteigenden Modus funktioniert,
vorgeschlagen. Diese Verbindung setzt sich speziell aus Röhren zusammen,
die durch gebogene Knicke verbunden sind, welche weder Umkehrpunkte
im Durchlauf der Partikel, noch den Röhren plötzliche Veränderungen des Durchmessers
auferlegen. Es sind ferner Injektionen eines zusätzlichen Trägergases vorgesehen, um die
Teilchen des Katalysators auf kontrollierte Weise auf das Niveau
des Verbindungsknicks mit dem Reaktor zu beschleunigen. Durch diesen Prozeß ist es
möglich,
die Übertragungsleitung
des Katalysators und den Reaktor, der einem gekrümmten Profil folgend aufsteigt,
zu verbinden, was die Limitierung der Enthomogenisierung des Katalysators
und des seinen Transport sicherstellenden Fluids gestattet, nichtsdestoweniger
kann sie sich jedoch weder von einer unvermeidlichen Trennung, die
in einer zweiphasigen Fest/Gas-Mischung stattfindet, noch vom Pulsierzustand der
Katalysatorzirkulation vollständig
freimachen. Darüber
hinaus entspricht sie der Optimierung des Aufbaues einer Einheit,
die sich aus einem im aufsteigenden Modus funktionierenden Reaktor
zusammensetzt, und betrifft doch absolut nicht die Einheiten, wo
der Reaktor im absteigenden Modus funktioniert.
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Im Patent EP-0 191 695 hat die Anmelderin
ein vorteilhaftes Fluidisiersystem aus zwei Stufen auf der Basis
eines Hebereaktortyps beschrieben. Die vorgeschlagene Lösung besteht
darin, daß ein
erstes Fluid bei schwachem Durchsatz unterhalb der Einführhöhe der Körner des
von der Regenerierzone kommenden Katalysators injiziert wird, um
ein dichtes und homogenes Fluidbett des Katalysators am Fuß des "Aufsteigers" aufrechtzuerhalten,
und daß gleichzeitig
ein zweites Fluid unterhalb des oberen Teiles des dichten Katalysatorbetts
injiziert wird, um eine stärker
verdünnte,
homogene Fluidphase und bei konstantem Durchsatz der Katalysatorkörner zu
verwirklichen, stromaufwärts
der Injektionszone der Beladung. Ein solcher Prozeß, obgleich effizient,
besitzt nichtsdestotrotz nicht vernachlässigbare Nachteile. Bei starkem
Verbrauch des Fluidisierdampfes wird eine häufig übermässige Verdünnung der Suspension der Katalysatorkörner mitgerissen,
was der Geschwindigkeit der Verdampfung der zu crackenden Beladung
und somit der Umwandlung des Letzteren nachträglich sein kann. Im übrigen ist
auch hier das Verfahren speziell zur Beantwortung von Problemen
der Fluidisierung in einem Reaktor vom aufsteigenden Fluß ("Aufsteiger") konzipiert worden
und ist nicht vollständig
auf Fälle
von Reaktoren beim absteigenden Fluß ("Absteiger") übertragbar.
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Die vorliegende Erfindung schlägt vor,
diese Nachteile mit Hilfe einer Vorrichtung zu beseitigen, die es erlaubt,
einen homogenen und stabilen Fluß von Katalysatorteilchen in
die Injektionszone der crackenden Beladung einzuführen, sei
es, daß der
Reaktor vom aufsteigenden oder vom absteigenden Fluß ist.
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Die Erfindung hat folglich zum Gegenstand
eine Einheit zum katalytischen Cracken, umfassend einen Reaktor
zum katalytischen Wirbelstromcracken, die in ihrem stromaufwärts liegenden
Teil mit mindestens einer Einrichtung zum Zuführen von Katalysatorteilchen,
die mindestens teilweise regeneriert sind, und mit mindestens einer
Einrichtung zum Injizieren der zu crackenden Beladung, und mit einer
Vorrichtung zum Einführen von
Katalysatorteilchen in den Reaktor (1, 41) ausgestattet
ist, wobei die Einheit dadurch gekennzeichnet ist, daß der besagte
Teil stromaufwärts
des Reaktors, zwischen der Zufuhrzone des Katalysatorstroms bzw.
-flusses und der Injizierzone der zu crackenden Beladung, mindestens
ein festes, fixiertes Auskleidungselement umfaßt, welches sich über den
gesamten oder einen Teil des Querschnitts des Reaktors erstreckt
und aus einem Netzwerk von Zellen aufgebaut ist, durch dessen Breite
die Katalysatorteilchen hindurchströmen, wobei das Netzwerk mindestens
eine Stufe der Aufteilung und der Rekombination des Stroms bzw.
des Flusses der Katalysatorteilchen sicherstellt, um Letzteres auf
homogene Weise wieder auf den Querschnitt des Reaktors zu verteilen.
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In der vorliegenden Beschreibung
wird als Netzwerk von Zellen ein Zusammenbau von mindestens zwei
Zellen und vorzugsweise einer großen Anzahl von Zellen verstanden,
die miteinander verbunden sind und gleiche oder verschiedene Größen aufweisen
können.
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Andererseits wird als Reaktor die
Vertikaleneinfassung vom Röhrentyp
bezeichnet, in der die Kontaktierung der zu crackenden Beladung
mit einem Strom bzw. Fluß von
Katalysatorteilchen bewirkt wird, der einem im wesentlichen aufsteigenden
Fluß folgend
(Reaktor vom Typ "Aufsteiger") oder einem im wesentlichen absteigenden
Fluß folgend
(Reaktor vom Typ "Abfaller" oder "Absteiger") befördert wird.
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In der Einheit gemäß der Erfindung
umfaßt
der Reaktor eine oder mehrere feste, fixierte Auskleidungselemente,
d. h. er umfaßt
kein mobiles Teil. Vorteilhafter Weise erstreckt sich jedes Auskleidungselement über den
gesamten Querschnitt des Reaktors.
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Ein solches Auskleidungselement kann
vorteilhafter Weise aus einem Gitter bestehen. So stellt das Element
eine Trennung und dann eine Rekombination des es durchlaufenden
Flusses aus dem Gas und dem Teilchen sicher.
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Es kann sich gleichwohl um eine System
von Gliedern handeln, die sich einander kreuzen, aufgeschichtet
sind und ggf. verschweißt
sind. Die verwendeten Glieder können
einen vollkommenen Abschnitt zeigen; sie werden vorteilhafter Weise
vom Typ eines ruhenden Abschnitts sein, um keinen scharfen Winkel
zu zeigen, der Phänomene
des Abriebs durch den Fluß der
Katalysatorteilchen auftreten läßt.
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Die bevorzugten Auskleidungselemente
sind Elemente vom Typ statischer Mischer. Ein solches Element stellt
tatsächlich
allein und auf einer sehr kurzen Strecke vollständig eine Serie von aufein ander
folgenden Trennungen/Rekombinationen des es durchlaufenden Flusses
des Gases und der Teilchen sicher.
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Ein erster Vorteil der Vorrichtung
gemäß der Erfindung
im Vergleich zum herkömmlichen
Stand der Technik ist der, daß sie
es vermeiden läßt, zu viel
Fluidisierdampf zum Einführen
zu haben, wie es im Patent EP-0 191 695 ist, d. h. nicht nur die
Betriebszwänge
der Einheit reduziert, sondern gleichwohl sich als sehr vorteilhaft
in Bezug auf die Funktionskosten dieser Einheit erweist. Andererseits
erlaubt sie es, das Risiko einer übermäßigen Verdünnung des Flusses der katalytischen
Teilchen zu vermeiden, die für
die Effizienz der Verdampfung der Überladung schädlich sein
könnte.
Schließlich
und vor allem stellt sie in einem Minimum an Raum ein optimales
Durchmischen des Fluidbetts des Katalysators sicher.
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Ein zweiter Vorteil der Vorrichtung
betrifft ihren universellen Charakter: sie kann tatsächlich auf
alle Reaktorarten angewandt werden, sei es vom "Aufsteiger"- oder vom "Absteiger"-Typ, ohne wesentliche Veränderung
des Letztgenannten, da es ausreicht, deren Auskleidung dort einzubauen.
Leicht einzurichten und relativ kostengünstig erweist sich die Vorrichtung
gemäß der Erfindung
als extrem vorteilhaft im Rahmen der Modernisierung von bestehenden
Einheiten.
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Die Erfindung hat gleichfalls zum
Gegenstand das mit dem oben erwähnten
Vorrichtung verbundene Verfahren. In diesem Verfahren zum katalytischen
Cracken einer Kohlenwasserstoffbeladung werden mindestens teilweise
regenerierte Kondensatorteilchen bei einem im wesentlichen aufsteigenden
oder absteigenden Strom einem röhrenförmigen Reaktor
in Form eines Fluidbetts zugeführt,
in das anschließend
die zu crackende Beladung injiziert wird, und wobei das Verfahren
dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen
dem Schritt der Zufuhr des Katalisatorstroms und dem Schritt der
Injektion der zu crackenden Beladung mindestens ein Schritt vorgesehen
wird, der aus einem oder mehreren gleichzeitigen Aufteilungen des
Stroms der Katalysatorkörner, gefolgt
von einer Rekombination des Stroms, besteht, um Letzteres auf homogene
Weise wieder über
den Querschnitt des Reaktors zu verteilen.
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Das Verfahren und die Vorrichtung
gemäß der Erfindung
erlauben die Verwirklichung der zuvor erwähnten Aufgaben. Sie gestatten
es in der Tat, einen und vorzugsweise mehrere aufeinanderfolgende
Schritte der Aufteilungen und der Rekombinationen des Flusses der
Katalysatorkörner
zu verwirklichen, was die radiale Vermischung und Homogenisierung
des Katalysatorflusses, der in die Zone der Injektion der Beladung
eintritt, über
den gesamten Querschnitt des Reaktors bewirkt.
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Andererseits hat die Erfindung überraschend
gezeigt, daß sie
einen stabilisierenden Effekt auf die Zufuhr der Katalysatorteilchen
in den Reaktor hat. Man stellt in der Tat ein Verschwinden der raschen
Pulsierungen des Katalysatorflusses fest, der in den Injektionszonen
der Beladung eintritt. Diese Kontinuität der Zufuhr des Katalysators
ist sehr wichtig, um so mehr als man – wie es häufig der Fall ist – die Dauer
des Kontakts zwischen der Beladung und dem Katalysator zu reduzieren
sucht.
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Die Homogenisierung und die Stabilisierung
der Zufuhr des Katalysatorflusses in den Reaktor kommt in der Injektionszone
der Beladung durch eine bessere Homogenität des tatsächlichen Verhältnisses
C/O zum Ausdruck, was eine Verbesserung der Qualität von homogeneren
und kontinuierlicheren Wärmetransfers
zwischen den Tröpfchen
der Beladung und dem Katalysatorfluß mit sich bringt. Die Geschwindigkeit
und die Gleichförmigkeit
der Verdampfung der Beladung läßt sich
verbessern, und so gibt es eine Verminderung der lokalen Phänomene eines Übercrackens
und einer unzureichenden Verdampfung. So wird nicht nur der Umwandlungsgrad
der Beladung, sondern auch die Selektivität dieser Umwandlung gesteigert:
es bilden sich weniger sehr leichte Produkte (wie die wenig wertvollen
Trockengase) und weniger Koks.
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Diese Verminderung der Mengen an
gebildetem Koks beim Kontaktieren der Beladung und des Katalysators
ist um so höher
einzuschätzen,
als sie es erlaubt, daß einerseits
eine bessere Kontrolle der thermischen Bilanz der Einheit erreicht
wird und andererseits eine vorzeitige Deaktivierung des Katalysators
durch Neutralisation der katalytischen Stellen verhindert wird.
Darüber
hinaus gestattet sie es, den Schritt der Regeneration des Katalysators
zu erleichtern, indem die Risiken des Auftretens von für den Katalysator
schädlichen und
kritischen Lastpunkten reduziert werden, und indem die Risiken des
Erreichens von besonders erhöhten und
für die
Metallurgie der Einheit unverträglichen
Temperaturniveaus in dem oder den Regeneratoren vermindert werden.
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Ein anderer Vorteil der Erfindung
liegt in der Verbesserung der Verdampfungsprozesse der Beladung, was
die Umwandlung von sehr schweren Verschnitten, wie z. B. von Rückständen, in
der katalytischen Crackeinheit möglich
macht. Denn diese Beladungen liegen bei besonders erhöhten Temperaturen
und sind dafür bekannt,
daß sie
unter den Bedingungen der Reaktion des Crackens schwer verdampft
werden. Indem ein besseres Kontaktieren der Tröpfchen der Beladung und der
Körner
des Katalysators vorgeschlagen wird, gestattet die Erfindung eine
bessere Verdampfung der besagten Beladung, was die Umwandlung von
Beladungen möglich
macht, die sehr viel bedeutendere Mengen an Schwerprodukten enthalten.
Die Flexibilität
und die Rentabilität
der katalytische Crackeinheit sind ebenso gesteigert.
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Weitere Vorteile des Verfahrens und
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
erscheinen im Verlauf der detaillierteren Beschreibung von einigen
bevorzugten Ausführungsformen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung
umfaßt
ein oder mehrere Auskleidungselement(e) von der Art, daß eine bedeutende
Anzahl von aufeinander folgenden Aufteilungen und Rekombinationen
des Flusses der Körner
des Katalysators stromaufwärts
der Injektionszonen der Beladung bewirkt wird.
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Die Aufteilungen des Flusses der
Katalysatorkörner
sollten vorzugsweise so fein wie möglich sein, wobei vollständig den
Notwendigkeiten Rechnung getragen wird, die mit der Zirkulation
der Teilchen, den Zwängen
des Verfahrens und des Raums, die man zur Einrichtung des Elements
bzw. der Elemente zur Auskleidung, was diese Aufteilungen sicherstellt,
auferlegt, verbunden sind.
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Jedes Auskleidungselement ist über den
Querschnitt des Reaktors, senkrecht zur Achse des Letzteren, positioniert
und besteht aus einem Netzwerk von Zellen, die es gestatten, daß ein, ja
sogar mehrere aufeinanderfolgende Schritte der Aufteilung/Rekombination
des Flusses der Teilchen des Katalysators, die diese Zellen durchlaufen,
bewerkstelligt wird (werden). Der Querschnitt dieser Zellen wird
in Abhängigkeit
von der Größe und der
Durchlaufgeschwindigkeit der Katalysatorteilchen ausgewählt, um
das Phänomen
des Verstopfens des Inneren des Auskleidungselements, was der guten
Zirkulation des Katalysatorflusses schädlich sein könnte, vollständig zu
vermeiden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
setzt sich das Auskleidungselement aus einem Netzwerk von Zellen
zusammen, die jeweils auf im wesentlichen radiale Weise ausgerichtet
sind im Verhältnis
zu der Reaktorachse, der Flußrichtung
des Gases und der Teilchen, die sie durchlaufen.
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Insbesondere Auskleidungselemente
vom Typ statischer Mischer, die gewöhnlicherweise auf anderen Gebieten
angewandt werden, können
angepaßt
werden und stellen besonders effiziente Elemente dar.
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Vorteilhafter Weise wird ein Auskleidungselement
verwendet, das aus einem Netzwerk von Zellen aufgebaut ist, die
so angeordnet sind, daß Abweichungen
in zwei unterschiedlichen Richtungsarten induziert werden: etwa
50% des Flusses des Gases und des Katalysators wird in einer ersten
Richtung abgelenkt, und etwa 50% des Flusses des Gases und des Katalysators
wird in einer zweiten Richtung abgelenkt, die mit der ersten Richtung
einen Winkel von 10 bis 90° bildet.
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Diese Ablenkung und diese radiale
Orientierung werden durch die Geometrie der Zellen, die im Netzwerk
angeordnet sind, induziert. Ein solches Netzwerk kann vorteilhafterweise
aus einem Zusammenbau von Wellplatten zusammengesetzt sein, die
quer zu ihren Ebenen geschnitten sind. Diese Wellplatten sind derart geformt
oder geschweißt,
daß die
Wellkante von jeder Platte einen Winkel von ungefähr 45 bis
135° mit
der Wellkante der benachbarten Platte bildet. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beträgt dieser
Winkel 90°,
somit ein Netzwerk von Kanälen
definierend, die sich bei rechtem Winkel schneiden. Durch den Ausdruck
Wellkante wird der Abschnitt der Gerade bezeichnet, die den Scheitel
einer welle einer Platte bildet.
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Diese Anordnung von sich kreuzenden
Kanälen
erlaubt auf vorteilhafte Weise, die Teilchen bei jedem Schnittpunkt
zwischen den Scheiteln der Welle einer ersten Platte und den Scheiteln
der Welle einer benachbarten Platte abzulenken, wobei so die Aufteilungen
und Rekombinationen von Teilchen und des sie umgebenden Fluids verbessert
wird. Das so aufgebaute Auskleidungselement zeigt den Vorteil, daß durch
dieses selbst vollständig
eine Reihe von aufeinander folgenden Aufteilungen/Rekombinationen
realisiert wird, so optimiert, daß man zu einer guten Mischung
und einer Homogenisierung der Katalysatorteilchen und des Gasfluids
innerhalb des Fluidbetts kommt.
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Es können die statischen Mischer,
die durch die Gesellschaften Sulzer-SMV oder Kenics kommerzialisiert
werden, perfekt zum Zweck der Realisierung einer solchen Auskleidung
angepaßt
werden.
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Andere Arten von statischen Mischern
können
gleichfalls auf ausgezeichneten Auskleidungselementen aufbauen,
wie die statischen Mischer, die aus einem oder mehreren Helix-Fragment(en)
aufgebaut sind. Der besagte statische Mischer ist auf vorteilhafte
Weise aus mehreren Helix-Fragmenten zusammengesetzt, die nebeneinander
liegen und gegeneinander versetzt sind.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
setzt sich der katalytische Crackreaktor aus mindestens zwei und
vorzugsweise aus zwei bis vier Auskleidungselementen zusammen, die
identisch sein können
oder nicht.
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Diese Auskleidungselemente können übereinander
liegen oder im Gegensatz dazu durch einen Abstand voneinander getrennt
sein, je nach ihrer Natur und den geometrischen Limitierungen des
Verfahrens.
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Wenn mindestens zwei identische Auskleidungselemente
vorliegen, sind diese vorzugsweise translations- und/oder rotationsversetzt,
derart, daß die
aufbauenden Netzwerke von jedem sich nicht exakt überlagern.
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Wenn z. B. die Elemente aus zusammengebauten,
gewellten Platten aufgebaut sind, sollten die Ebenen der gewellten
Platte eines ersten Elements vorzugsweise so orientiert sein, daß ein Winkel
von etwa 45 bis 90° mit
der Ebene der gewellten Platten des nächsten zweiten Elements vom
gleichen Typ gebildet wird.
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Die in der Vorrichtung gemäß der Erfindung
zum Einsatz kommenden Auskleidungselemente müssen unter den harten Bedingungen
des Durchführens
des Verfahrens des katalytischen Crackens mit fluidem Zustand intakt
bleiben. Insbesondere setzen sie sich aus einem oder mehreren Materialien
zusammen, die zum Widerstand gegenüber Hitze und Erosion geeignet
sind, wie hitzebeständiger
Stahl und Keramik.
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Die Auskleidungselemente sind vorteilhafter
Weise im vertikalen Teil des Reaktors, stromaufwärts der Injektion der Beladung
gelegen, auf einer Höhe
positioniert, daß der
Fluß der
sie durchlaufenden Katalysatorkörner
in der Form einer fluidisierten Phase vorkommt, deren Dichte durch
Injektion des Fluidisierdampfes auf einen Wert von zwischen einschließlich 200
und 800 kg/m3 eingestellt werden kann.
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Diese Auskleidungselemente sind stromaufwärts der
Injektionszone der Beladung positioniert. Der Abstand, der das stromabwärts liegende
Auskleidungselement von den stromaufwärtigen Injektoren trennt, liegt vorzugsweise
zwischen dem 0,3- bis 3-fachen des mittleren Durchmessers des Reaktors.
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Eine besonders vorteilhafte Variante
des Verfahrens gemäß der Erfindung
besteht in einer anschließenden
Rehomogenisierung des Flusses der Katalysatorteilchen unmittelbar
stromabwärts
der Injektion der zu crackenden Beladung, in dem die Katalysatorteilchen
in der Richtung der Reaktorachse zur Mitte hin prozessiert werden.
Dies erlaubt es, die durch die Injektion der Beladung induzierte
Trennung und die sehr rasche Verdampfung der Letzteren zu korrigieren,
was leicht dazu führt,
daß der
Katalysator an die Wandungen des Reaktors geschleudert und dort
konzentriert wird. So wird eine echte Mischkammer eingerichtet,
umfassend Homogenisiermittel des Fluidbetts des Katalysators gleichzeitig
stromaufwärts
und stromabwärts
der Injektion der Beladung, was die Optimierung mit noch vollständigerer
Wirksamkeit der Kontaktierung zwischen dem Katalysator und den zu
crackenden Kohlenwasserstoffen erlaubt.
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Zur Rehomogenisierung der Reaktionsmischung
stromabwärts
der Injektion der Beladung kann ein vollkommen bekanntes Mittel
angewandt werden, das die Ablenkung des Wegs der Teilchen des Katalysators und
vorzugsweise deren Zurückdrängen in
die Richtung der zentralen Reaktorachse gestattet.
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Dies kann vorteilhafter Weise mittels
einer oder mehrerer rund profilierter Hindernisse realisiert werden,
die auf dem gesamten Umfang der inneren Wandung des Reaktors positioniert
sind und eine oder mehrere lokale Verengungen des Querschnitts des
Letzteren sicherstellen. Diese Hindernisse können vorteilhafter Weise ringförmig oder
schraubenförmig
sein und einen rundlichen, z. B. hyperbolischen Querschnitt im Halbkreis
oder aber in der Halbellipse zeigen. So verhindert die Abwesenheit
von scharfen Winkeln ganz das Risiko der Erosion der besagten Hindernisse
durch den Fluß der
Katalysatorteilchen.
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Man kann auch ein oder mehrere Auskleidungselemente
wie diejenigen, die in die Homogenisierung des Fluidbetts des Katalysators
stromaufwärts
der Injektion der Beladung eingreifen und die zuvor beschrieben worden
sind, anwenden, wie Gitter, sich kreuzende Glieder und Elemente
vom Typ statischer Mischer.
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Man kann sich auch einer Vorrichtung
zur in die Mitte gerichteten Injektion von gasförmigem Fluid bedienen, die
auf oder an der inneren Wandung des Reaktors positioniert ist, wie
sie im Patent EP-0 485 259 im Namen der Anmelderin beschrieben ist.
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Man kann sich so zur Verstärkung der
Wirksamkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung
einer oder mehrerer aufeinanderfolgender Mittel zur Rehomogenisierung
der Reaktionsmischung bedienen, was un mittelbar stromabwärts der
Injektion der Beladung positioniert ist. Diese Mittel befinden sich
vorzugsweise bei einem Abstand des 0,5- bis 2-fachen des mittleren
Durchmessers des Reaktors, ausgehend von den am weitesten stromabwärts gelegenen
Injektoren.
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In der vorliegenden Beschreibung
ist die Art der verwendeten Injektion nicht festgelegt, und es kann sich
ganz um einen an sich bekannten Injektor handeln. Insbesondere kann
die Injektion der zu crackenden Beladung perfekt in und/oder entgegen
der allgemeine Laufrichtung der Zirkulation des Katalysators in
den Crackreaktor bewirkt werden (bezüglich dieser Wirkung, siehe
z. B. das Patent EP-0 209 442 im Namen der Anmelderin).
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Gleichfalls braucht nicht erwähnt zu werden
der verwendete Katalysatortyp und die Art der Zirkulation desselben
in der Form eines mehr oder weniger durch gasförmige Verdünnungsfluide verdünnten Fluidbetts, was
dem Fachmann gut bekannt ist.
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Andererseits wird der Fachmann die
Gegenstände
der Vorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung perfekt
zu adaptieren wissen auch mit dem katalytischen Cracken verwandter
Verfahren, wie z. B. Verfahren, in denen thermische Crackreaktionen
durch Kontaktieren einer Kohlenwasserstoffmischung in einem röhrenförmigen Reaktor
zur Konvertierung mit einer fluidisierten Phase von im wesentlichen
Wärme übertragenden
Teilchen bewirkt werden.
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Unterschiedliche Arten der Ausführung der
Erfindung werden nachfolgend detaillierter beschrieben unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen. Diese zielen allein darauf ab, die Erfindung zu veranschaulichen,
und besitzen doch keinerlei beschränkenden Charakter, wobei die
Vorrichtungs- und die Verfahrensgegenstände der vorliegenden Erfindung
umgesetzt werden könnten,
indem sehr zahlreichen Varianten gefolgt wird.
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In den Zeichnungen:
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1 zeigt
eine Einheit zum katalytischen Cracken, die mit einem Reaktor mit
im wesentlichen aufsteigendem Fluß ausgerüstet ist, und bei der eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung
integriert ist.
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2 und 3 stellen detailliertere
Ansichten dar, die zwei Varianten zur Ausführung der Erfindung in einem
Reaktor mit im wesentlichen aufsteigendem Fluß zeigen.
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4 und 5 stellen schematische perspektivische
Ansichten von zwei Auskleidungselementen vom Typ statischer Mischer
dar, die vorteilhafter Weise stromaufwärts der Zone zur Injektion
der zu crackenden Beladung positioniert sein können, oder die auch als Mittel
zur Rehomogenisierung der Reaktionsmischung stromabwärts der
Zone zur Injektion der Beladung verwendet werden können.
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6 ist
eine schematische Ansicht, die die Verbindung der Vorrichtung gemäß der Verbindung
in einem Fall einer Einheit zum katalytischen Cracken zeigt, die
mit einem Reaktor mit im wesentlichen absteigendem Fluß ausgerüstet ist.
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Die 1 veranschaulicht
eine Ausführungsform
der Vorrichtung zum Einführen
von katalytischen Teilchen gemäß der Erfindung
in einer Einheit zum katalytischen Cracken, die mit einem Reaktor
mit im wesentlichen aufsteigendem Fluß ausgerüstet ist. Diese Einheit ist
von einem an sich bekannten Typ. Sie umfaßt insbesondere einen Reaktor
in Form einer Säule 1,
genannt Beladungsaufzug oder Aufsteiger, der an ihrem Fuß durch
die Leitung 2 regenerierte Katalysatorteilchen in vorbestimmter
Menge zugeführt
werden. Ein Aufsteig- bzw. Aufzugsgas, z. B. Wasserdampf, wird durch
die Leitung 5 mittels eines Verteilers 4 eingeführt, während die
zu crackende Beladung durch die Leitung 7 befördert und
in den Reaktor 1 mittels Injektoren 8 injiziert wird.
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Gemäß der Erfindung befinden sich
zwei Auskleidungselemente 6 und 6' – hier zwei im Reaktor 1 quer dazu
fixierte Gitter – unmittelbar
stromaufwärts
der Zone zur Injektion der Beladung und erlauben die Homogenisierung
und Stabilisierung der Dichte des durch die besagte Zone laufenden
Flusses an Teilchen und Gas.
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Der Reaktor 1 kann andererseits
normalerweise eine Reihe von rund profilierten Hindernissen 9 umfassen,
die an der gesamten Peripherie seiner inneren Wandung unmittelbar
stromabwärts
der Zone zur Injektion positioniert sind im Hinblick auf eine erneute
Durchmischung des Reaktionsmediums. Diese Hindernisse können sich
aus feuerbeständigen
Materialien zusammensetzen und können
von einer solchen Dicke sein, daß sie eine Reduktion des Reaktorquerschnitts
von 5% bis 30% erzeugen. Hier sind drei Hindernisse dargestellt
worden, aber sie können
eine Zahl von 1 bis 10 annehmen und sind vorzugsweise in einem Abstand
des 0,5- bis 2-fachen des mittleren Durchmessers des Reaktors voneinander
entfernt.
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Die Säule 1 mündet an
ihrer Spitze in eine Einfassung 10, die mit ihr z. B. konzentrisch
ist und in der die Trennung der zu crackenden Beladung und das Abstreifen
der deaktivierten Katalysatorteilchen bewirkt wird. Der Katalysator
wird von der behandelten Beladung in einem sich in der Einfassung 10 befindlichen
Zyklon 11 getrennt, an dessen Spitze eine Evakuierleitung 14 vorgesehen
ist für
Reaktionsausflüsse,
die zu einer nicht gezeigten Fraktionierzone befördert werden. Die deaktivierten
Katalysatorteilchen wandern durch Gravitation zum Boden der Einfassung 10.
Eine Leitung 12 führt
Abstreiffluid, im allgemeinen Wasserdampf, durch Injektoren oder
Verteiler 13 von Fluidisiergas zu, die gleichmäßig am Boden
der Einfassung 10 angeordnet sind.
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Die so abgestreiften, deaktivierten
Katalysatorteilchen werden am Boden der Einfassung 10 zu
einem Regenerator 17 abgeführt durch die Zwischenschaltung
eines Kanals 15, in dem ein Regelventil 16 vorgesehen
ist. Im Regenerator 17 wird der auf den Katalysatorteilchen
abgeschiedene Koks mit Hilfe von Luft verbrannt, die am Boden des
Regenerators durch eine Leitung 21 injiziert wird, welche
regelmäßig voneinander getrennte
Injektoren oder Verteiler 20 zugeleitet wird. Die mit dem
Verbrennungsgas fortgerissenen Katalysatorteilchen werden durch
Zyklone 19 getrennt, wo das Verbrennungsgas durch eine
Leitung 18 evakuiert wird, während die Katalysatorteilchen
zum Boden des Regenerators 17 zurückgeworfen werden, wo sie zur Zufuhr
zu dem Aufzug 1 über
den Kanal 2, der mit einem Regelventil 3 ausgerüstet ist,
zurückgeführt werden.
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Die Größen- und Betriebseigenschaften
einer Einheit von einem solchen Typ, wie er bei der 1 dargestellt ist, sind gewöhnlich die
folgenden:
- – Höhe des Aufzugsreaktors 1:
5 bis 40 Meter,
- – Gesamtdurchsatz
der Zufuhr zum Aufzug 1 in Bezug auf die zu behandelnde
Beladung(en): 2.000 bis 15.000 Tonnen pro Tag,
- – Durchsatz
der Zufuhr des Reaktors 1 in Bezug auf den Katalysator:
3 bis 50 Tonnen pro Minute,
- – Temperatur(en)
der zu crackenden Beladungen: 70 bis 450°C,
- – Cracktemperatur
im Reaktor 1 stromabwärts
der Injektionszone: 500 bis 600°C,
- – Betriebsdruck
im Reaktor 1: 0,5 × 105 bis 5 × 105 Einheits-Pascal,
- – Verweildauer
der Beladung im Aufzug 1: 0,1 bis 10 Sekunden,
- – Regeneriertemperatur
des Katalysators: 600 bis 950°C,
- – Verweildauer
des Katalysators im Regenerator 9: 5 bis 20 Minuten.
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2 ist
eine detaillierte Ansicht des stromaufwärts liegenden Teils des Reaktors 1 einer
Einheit von dem Typ der in der vorangehenden Figur beschrieben wurde.
Ein Auskleidungselement 6 vom Typ statischer Mischer, und
das. sehr vorteilhaft das bezüglich 4 beschriebene Element sein
kann, stellt eine Homogenisierung und eine Stabilisierung des Flußes an Gas
und Katalysatorteilchen sicher, der die Zone zur Injektion der zu
crackenden Beladung durchläuft,
gelegen auf der Höhe
der Beladungsinjektoren 8. Unmittelbar stromabwärts der
besagten Zone zur Injektion der Beladung erlaubt eine Reihe von
profilierten, ringförmigen
Hindernissen 9 mit abgerundetem Querschnitt, obgleich nur
das erste dargestellt ist, die Ablenkung des Flusses der Katalysatorteilchen
in der Mischung mit der Beladung und insbesondere das Zurückdrängen der
besagten Teilchen in die Richtung der zentralen Achse des Reaktors 1.
Der Abschnitt des Reaktors zwischen dem statischen Mischer 6 und
dem ersten ringförmigen
Hindernis 9 bildet so eine echte Mischkammer, die so optimiert ist,
daß die
Katalysatorteilchen und die zu crackende Beladung, die mittels der
Injektoren 8 in das Innere der besagten Kammer pulverisiert
wird, in engen und gleichförmigen
Kontakt kommen.
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Die 3 stellt
eine im Vergleich zur 2 mögliche Variante
dar. In Übereinstimmung
mit der Erfindung und wie in der 2 ist
ein Auskleidungselement 6 vom Typ statischer Mischer im
Aufzugsreaktor 1 positioniert, unmittelbar stromaufwärts der
Injektoren der Beladung 8. Stromabwärts der Letzteren wird ein
zweites Auskleidungselement vom Typ statischer Mischer 9', die mit dem
Element 6 identisch oder davon verschieden sein können, als
Mittel zur Zentrierung der Katalysatorteilchen unmittelbar nach
der Injektion der zu crackenden Beladung verwendet. Der Reaktor 1 weist
folglich zwischen den beiden Elementen 6 und 9' eine Injektionskammer
und eine besonders wirksame Mischung auf.
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Die 4 ist
eine perspektivische Ansicht eines Elements vom Typ statischer Mischer,
das ein bevorzugtes Auskleidungselement für die Vorrichtung gemäß der Erfindung
darstellt. Dieses Auskleidungselement 6a ist im Reaktor 1 stromaufwärts der
Zone zur Injektion der zu crackenden Beladung, die hier nicht dargestellt ist,
fixiert. Dieses Element ist aus einem Zusammenbau von Well platten
aufgebaut, die quer zur allgemeinen Richtung der Wellungen geschnitten
sind. Zwei aufeinander folgende Platten 21 und 22 sind
auf eine Weise zusammengebaut, daß die Wellkante der ersten
mit der Wellkante der zweiten einen Winkel von ungefähr 90° bildet.
Die Wellkanten von jeder Platte kreuzen sich so mit den Wellkanten
einer daneben liegenden Platte, somit Zellen 23, 24 bildend,
die im Netz von gekreuzten Kanälen
angeordnet sind.
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Im vorliegenden Fall sind die Wellplatten
aus hitzebeständigem
Stahl miteinander auf der Höhe
ihrer Wellkanten verschweißt.
Der Fluß des
Gases und der Katalysatorteilchen tritt in die Zellen ein und wird
durch die sich kreuzenden Kanäle
geleitet. Die Wirkung des Netzwerks aus den Zellen erlaubt die Ablenkung
des Gases und der Teilchen auf eine im wesentlichen radiale Weise,
und zwar bei jeder Kreuzung, die durch die Wellkanten einer Platte
mit den Wellkanten der benachbarten Platte gebildet ist, wobei so
eine homogene Verteilung der katalytischen Teilchen im Inneren des
gasförmigen
Fluids herbeigeführt
wird.
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Die 5 ist
eine perspektivische Ansicht eines anderen Typs eines statischen
Mischers, der gleichfalls ein Auskleidungselement für die Vorrichtung
gemäß der Erfindung
aufbauen kann. Dieses Auskleidungselement 6b ist im Reaktor 1 stromaufwärts der
Zone zur Injektion der zu crackenden Beladung, die hier nicht gezeigt
ist, fixiert.
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Es ist aus zwei Helix-Fragmenten 25, 26 aufgebaut,
die nebeneinander liegen und gegeneinander rotationsversetzt sind.
Das erste Helix-Fragment 26 unterteilt den Querschnitt
des Reaktors 1 in zwei verdrillte Zellen 27 und 28,
die den sie durchlaufenden Fluß des
Gases und der Teilchen radial ablenken. Das folgende Helix-Fragement 25 unterteilt
erneut und lenkt den Fluß erneut
ab, was schließlich
zu einer Homogenisierung des selben führt.
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Hier sind zwei aufeinanderfolgende
Helix-Fragmente dargestellt worden, aber das Auskleidungselement
kann ein einzelnes oder vorteilhafterweise mehrere solcher Fragmente
zeigen. Andererseits kann einem gleichen Querschnitt des Reaktors
die Auskleidung eines einzelnes Helix-Fragment, das das Ganze oder
einen Teil dieses Querschnitts belegt, oder im Gegensatz dazu mehrere
parallele Helix-Fragmente umfassen.
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Die 6 veranschaulicht
die Anwendung der Erfindung im Fall einer Einheit zum katalytischen
Cracken, die mit einem Reaktor mit im wesentlichen abfallendem Fluß ausgerüstet ist.
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Die dargestellte Vorrichtung umfaßt einen
Röhrenreaktor 41 mit
absteigendem Fluß,
bzw. einen "Abfaller", dem bei seinem
oberen Teil, ausgehend von einer mit ihm konzentrischen Einfassung 42,
regenerierte Katalysatorteilchen mit einem mittels eines Ventils 43 regulierten
Durchsatz zugeführt
wird. Unterhalb dieses Ventils wird die Zufuhr eines Flusses von
Katalysatorteilchen gemäß einer
Vorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung bewirkt: Ein Auskleidungselement 6, das
aus einem Netzwerk von Zellen aufgebaut ist, z. B. ein wie in der 4 dargestelltes Element
vom Typ statischer Mischer, stellt eine Serie von Aufteilungen und
Rekombinationen des es durchlaufenden Flusses der Teilchen und des
Gases sicher, wodurch eine Homogenisierung und eine Stabilisierung
des Flusses unmittelbar stromaufwärts der Zone zur Injektion
der zu crackenden Beladung sichergestellt wird, die sich auf der
Höhe der
Injektoren 44 befindet. Diese Beladung wird durch die Leitung 45 in
die Pulverisier-Injektoren 44 geleitet. Die Katalysatorteilchen
und die Kohlenwasserstoffe laufen dann im Reaktor 41 von
oben nach unten.
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Am Fuß von diesem ergießen sich
die verwendeten Katalysatorteilchen in eine Abstreifeinfassung 46, in
die an ihrem Boden ein Ver teiler 47 mündet, zu dem durch die Leitung 48 Wasserdampf
geleitet wird.
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Ebenfalls am Fuß des Reaktors 41, über der
Einfassung 46, geht eine Leitung 49 ab, durch
die die Crackprodukte und die Kohlenwasserstoffe, die von der Abstreifung
kommen, zu einer Zone, wo sie fraktioniert werden, evakuiert werden.
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Die abgestreiften Katalysatorteilchen
werden mittels Schwerkraft durch einen geneigten Kanal 62 aus der
Einfassung 47 heraus zu einer aufsteigenden Säule 52 evakuiert,
in der sie nach oben zu einem Regenerator 53 geleitet werden
mit Hilfe eines Trägergases,
das ausgehend von der Leitung 55 beim Fuß der Säule 52 aus 54 verteilt
wird.
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Die Säule 52 leitet in den
Regenerator 53 unter einem ballistischen Trenner 56 ab,
der die Trennung der Katalysatorteilchen vom Trägergas sicherstellt. Die Katalysatorteilchen
werden dann mittels Verbrennung des Kokses, der auf ihrer Oberfläche abgeschieden
ist, mit Hilfe eines Luft- oder Sauerstroffstroms regeneriert, der
durch die Leitung 57 mit dem Verteiler 58 zugeführt wird.
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Beim oberen Teil des Regenerators 53 werden
die aus der Verbrennung kommenden Gase zum Zyklon 63 evakuiert.
Die mitgerissenen Katalysatorteilchen werden durch den Kanal 60 zum
Regenerator zurückgeführt, und
die Gase werden durch die Leitung evakuiert. Was die regenerierten
Katalysatorteilchen anbelangt – sie
werden am Fuß des
Regenerators 53 durch Schwerkraft entlang der Länge des
Rohrs 59 in Richtung der Einfassung 42 evakuiert.
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Das folgende Beispiel dient zur Veranschaulichung
der Erfindung und hat folglich keinerlei beschränkenden Charakter.
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Beispiel
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Drei Versuche zum katalytischen Cracken
wurden durchgeführt,
ausgehend von einer Schwer-Erdöl-Beladung,
aufgebaut aus einem Destillat unter Vakuum, dem ein Verschnitt zugesetzt
wurde, der reich an aromatischen Extrakten war, die gegenüber dem
Cracken besonders beständig
sind. Diese Beladung besitzt eine Dichte bei 15°C von 0,94 und einen Gehalt
an molekularem Wasserstoff von 11,8 Gewichts-%.
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Die Versuche wurden in einer experimentellen
Einheit zum katalytischen Cracken durchgeführt, die einen Reaktor vom
Typ "Aufsteiger" aufwies (wie der,
der in der 1 dargestellt
ist). Der verwendete Katalysator ist ein herkömmlicher kommerzieller Katalysator
vom Zeolith-Typ.
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Der erste Versuch ist gemäß dem Stand
der Technik durchgeführt
worden. Insbesondere umfaßt
der Reaktor keinerlei Vorrichtung zur Homogenisierung des Gas- und
Katalysatorflusses zwischen der Höhe zur Einführung des Flusses in den Reaktor
und der Höhe
der Injektion der zu crackenden Beladung.
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Für
den zweiten Versuch ist die Einheit gemäß der Erfindung modifiziert:
im Reaktor, zwischen der Zone zum Zuführen des Katalysatorflusses
und der Zone zur Injektion der zu crackenden Beladung, sind Auskleidungselemente
fixiert, deren Aufbau dem eines statischen Mischers, wie der in
der 4 dargestellte,
entspricht.
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Der dritte Versuch ist gleichfalls
in einer Einheit gemäß der Erfindung
realisiert worden, die aber zusätzlich
im Vergleich zum zweiten Versuch perfektioniert wurde: der Reaktor
umfaßt
weiterhin, unmittelbar stromabwärts
der Zone zur Injektion der zu crackenden Beladung, eine Reihe von
Hindernissen, die ringförmig profiliert
und von rundem Querschnitt sind. Der Aufbau der so erhalte nen Mischkammer
ist wie derjenige, der in der 2 dargestellt
ist.
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Für
diese drei Versuche ist die Beladung mit einem Durchsatz von 6.600
Tonnen pro Tag injiziert worden, und der Reaktor wird bei einer
Ausgangstemperatur von 505°C
betrieben.
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Die folgende Tabelle gibt nochmals
eine gewisse Anzahl der Betriebsbedingungen wieder und faßt die Ergebnisse
der drei Versuche in Bezug auf Umwandlungsausbeuten und der Temperatur,
die im Reaktor unmittelbar stromabwärts der Zone zur Injektion
der Beladung herrscht, zusammen. Diese Temperaturen sind auf zwei
Höhen (bei
zwei Metern und bei drei Metern über
der Höhe
zur Injektion der Beladung) gemessen worden, jedes Mal mittels eines
Systems von vier Thermokopplern, die regelmäßig auf der Innenwand des Reaktors angebracht
wurden.
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In der obigen Tabelle sind die erhaltenen
Produkte wie folgt definiert:
- – Gas: leichte
Kohlenwasserstoffe mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen und Schwefelwasserstoff
(H2S);
- – GPL:
leichte Kohlenwasserstoffe mit 3 oder 4 Kohlenstoffatomen;
- – Benzin:
Kohlenwasserstoffverschnitt, dessen Siedepunktsbereich sich von
20°C bis
200°C erstreckt;
- – Destillat:
Kohlenwasserstoffverschnitt, dessen Siedepunktsbereich sich von
200°C bis
360°C erstreckt;
- – Aufschlämmung: Destillationsrückstand,
der bedeutende Mengen an Katalysatorstaub enthält und dessen Siedepunktsbereich
sich im allgemeinen über
500°C erstreckt.
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Man bemerkt, daß im Verlauf der Versuche Nr.
2 und 3 keine schnellen Druckunterschiede stromaufwärts der
Injektoren der zu crackenden Beladung detektiert werden, wie es
im Fall des Versuchs Nr. 1 war. Dies zeigt an, daß die Durchführung der
Erfindung die Beseitigung des Pulsierzustands gestattet, d. h. die
Zufuhr des Katalysatorflusses in die Zone zur Injektion der Beladung
stabilisiert.
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Andererseits zeigen die gammametrischen
Maßnahmen
in den Versuchen 2 und 3 keine deutliche Heterogenität mehr in
der Dichte des Fluidbetts der Katalysatorteilchen, das durch die
Zone zur Injektion der zu crackenden Beladung hindurchtritt. Die
Durchführung
der Erfindung erlaubt somit eine gute Homogenisierung des Gas- und
Katalysator-Durchflusses über
denselben Reaktorquerschnitt.
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Die zuvor dargestellte Tabelle demonstriert
deutlich die Fortschritte, die durch die vorliegende Erfindung getragen
werden.
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Einerseits stellt man in den Versuchen
2 und 3 gemäß der Erfindung
eine deutliche Verringerung der Verteilung der Temperaturen fest,
die durch die unmittelbar stromabwärts der Injektionszone der
Be ladung angeordneten Thermokoppler angezeigt sind. Dies gibt eine
gute Homogenität
des im Reaktor unmittelbar stromabwärts der Injektionszone der
Beladung herrschenden Temperaturprofils an. Andererseits ist die
beobachtete Temperaturhöhe
ziemlich niedrig und unter der errechneten Mischungstemperatur.
Alle diese Ergebnisse zeigen für
die Versuche 2 und 3 im Vergleich zum Versuch 1 gemäß dem Stand
der Technik eine deutliche Verbesserung der Homogenität, der Schnelligkeit
und der Wirksamkeit der Kontaktierung zwischen der zu crackenden
Beladung und dem Katalysatorfluß und
somit einen besseren Reaktionsfortschritt (endothermer Prozeß) an.
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Dieser bessere Kontakt zwischen dem
Katalysatorfluß und
der injizierten Beladung führt
zu einer Verringerung des Prozentsatzes der Katalysator-Kohlenverkokung,
die sich durch den Parameter Delta-Koks ausdrückt (oder der Koksmasse, die
sich im Verlauf des Crack-Prozesses
pro Einheitsmasse des Katalysators abscheidet). Diese für die Versuche
2 und 3 beobachtete Verringerung des Delta-Koks erlaubt es, bei
konstanter Reaktor-Ausgangstemperatur, die Temperatur des Regenerators
zu erniedrigen und die Zirkulationsgeschwindigkeit des Katalysators
zu erhöhen
(nämlich
das C/O-Verhältnis
zu erhöhen).
Somit stellen sich günstige
Bedingungen für
eine bessere Reaktionsselektivität
des katalytischen Crackens ein.
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Andererseits hat es die Homogenisierung
und die Stabilisierung des Katalysatorflusses, der mittels eines
Auskleiders vom Typ eines statischen Mischers zugeführt wurde,
erlaubt, die Umwandlung um mehr als sechs Punkte zu erhöhen, wie
durch den Versuch 2 gezeigt. Das Hinzufügen eines Systems zur erneuten
Mischung unmittelbar stromabwärts
der Injektion der Beladung erlaubt eine weitere Verbesserung der
Erfindung und trägt
einen zusätzlichen
Umwandlungsgewinn von 1,5 Punkten.
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Darüber hinaus erlaubt die Erfindung
eine wirksame Steigerung der Selektivität der Crackreaktionen: für die Versuche
2 und 3 stellt man eine deutliche Verringerung der Ausbeuten an
leichtem Gas und an Aufschlämmung
fest, die unerwünschte,
weil schwer zu verdampfende Produkte sind. Diese Verringerung wirkt sich
zu Gunsten der nachgesuchten, intermediären Produkte aus, wie den Benzinen
und den GPL.
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Schließlich ist anzumerken, daß das in
den Versuchen Nr. 2 und 3 erhaltene, leichte Benzin von besserer
Qualität
ist als das im Versuch Nr. 1 erhaltene: sie enthalten nämlich viel
weniger Olefine (die unerwünschte
Bestandteile sind). Dies zeigt an, daß die Erfindung eine deutliche
Verringerung der unerwünschten thermischen
Crackreaktionen gestattet, zu Gunsten – weil selektiver und Produkte
von besserer Qualität
erzeugend – der
nachgesuchten katalytischen Crack-Reaktionen.
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Die Vorrichtung und das Verfahren
gemäß der Erfindung
erlauben somit eine deutliche Verbesserung der Leistungsmerkmale
von analytischen Crackeinheiten, was um so mehr zu würdigen ist,
weil man besonders schwer zu crackende Beladungen zu behandeln wünscht, wie
das im zuvor dargestellten Beispiel der Fall ist.
