DE937723C

DE937723C - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in leichtere Produkte

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Publication number: DE937723C
Application number: DEST4848A
Authority: DE
Original assignee: Standard Oil Development Co
Current assignee: Standard Oil Development Co
Priority date: 1951-05-19
Filing date: 1952-05-17
Publication date: 1956-01-12
Also published as: GB710144A; NL81459C; US2734850A; BE508628A

Description

Die Erfindung betrifft die Behandlung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere durch eine Kombination von Verkokung und katalytischer Spaltung schwerer Kohlenwasserstoffe in einem dreistufigen Staubfließverfahren, bei welchem die für die Verkokung erforderliche Wärme durch indirekten Wärmeaustausch mit frisch regeneriertem Katalysator zugeführt wird.

Man hat bereits vorgeschlagen, schwere Kohlenwasserstoffe in leichtere Produkte umzuwandeln, indem das schwere Ausgangsgut zuerst in Gegenwart inerter Feststoffe, wie heißem Koks, thermisch gespaltet oder verkokt wird, wodurch außerdem Asche und koksbildende Bestandteile aus dem Ausgangsgut entfernt werden, worauf man anschließend die entstandenen Dämpfe in Gegenwart eines Katalysators in einer zweiten Zone spaltet. Indessen mußten für ein derartiges Verfahren außer den beiden Umwandlungszonen zwei getrennte Verbrennungszonen vorgesehen werden, wobei die eine Verbrennungszone- dazu diente,- die Koksteilchen auf eine ausreichend hohe Temperatur aufzuheizen, um die für die Verkokung erforderliche Wärme liefern zu können, während die andere Verbrennungszone zur Regenerierung des Katalysators dienjte, indem die während der katalytischen Umwandlung auf dem Katalysator niedergeschlagenen kohlenstoffhaltigen Abscheidungen abgebrannt wurden.

Die Erfindung zielt auf eine Verbesserung dieses \^erfahrens und eine Erhöhung der Ausbeute an gewinnbarem Koks ab. Ein weiteres Ziel der Er-

findung ist die Verbesserung der Wärmebilanz des Verfahrens und die bessere Ausnutzung der bei der Katalysatorregenerierung erzeugten Wärme. Die Erfindung zielt schließlich darauf ab, die Anzahl der Verfahretisstufen und der größeren Reaktionskammern, die zur Durchführung des Verfahrens erforderlich sind, zu verringern. Weitere Vorteile und Zweckangaben der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, ίο Fig. ι ist die schaubildartige Darstellung einer zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geeigneten Anlage, bei welcher eine Verkokungszone, die einen Wärmeaustauscher enthält, und eine Zone der katalytischen Spaltung oberhalb der Verkokungszone in einem einzigen Reaktionsgefäß angeordnet sind.

Fig. 2 erläutert eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser ist die Verkokungszone und die Zone der katalytischen Spaltung einschließao Hch eines Wärmeaustauschers in getrennten Reaktionsgefäßen angeordnet, wodurch die Trennung und Gewinnung leichter und schwerer Fraktionen aus den Produkten der Verkokung möglich wird, bevor ein ausgewählter Schnitt der letztgenannten der katalytischen Spaltung zugeführt wird.

Zur Durchführung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 wird ein schweres Erdölrückstandsöl, z. B. ein Rückstand von einer Dichte von etwa d_isea = 1,036 und einer Siedelage oberhalb etwa 593° (Atmosphärendruck), in der üblichen, nicht eingezeichneten Weise auf etwa 371⁰ vorerhitzt und dann durch Rohrleitung 1 und Düsen 2 in den unteren Verkokungsbezirk 3 der Reaktionskammer eingespritzt, welcher etwa 0,5 bis 10 GewichtsteileKoksteilchen/Gewichtsteile/Stunde Ausgangsgut enthält, wobei die Teilchengröße des Kokses zwischen etwa 40 und 150 Mikron liegt. Durch Rohrleitung 6 wird in den Bodenteil des Verkokers 3 Dampf eingespritzt, um eine Datnpfgeschwindigkeit der aufwärts strömenden Dämpfe von insgesamt etwa 0,45 bis 0,9 m/sec im Verkokungsgefäß zu erzeugen. Hierdurch werden die Koksteilchen in Form eines dichten Fließbettes 4 gehalten, welches eine Dichte von etwa 0,320 bis 0,640 t/m³ hat. Seine Höhe ist mit 5 bezeichnet; oberhalb 5 liegt eine Verdünntphase 7 vor, deren Dichte nur etwa 0,016 · io__a bis o,oi6 t/m³ beträgt. Bei den angegebenen Geschwindigkeiten beträgt die Verweilzeit der Kohlenwasserstoffdämpfe in der Verkokungszone etwa 3 bis 10 Sekunden, bevor sie vom Kopf in die Zone der katalytischen Spaltung abströmen, die nachfolgend beschrieben wird. Ein Röhrbündelaustauscher 8, welcher in das Fließkoksbett 4 eintaucht, hält dieses auf einer Temperatur von etwa 454 bis 510⁰. Diese Temperatur eignet sich zur Erzielung des gewünschten Grades der thermischen Spaltung und zur Tieftemperaturverkokung des Rückstandsgutes. Die erforderliche Wärme wird zugeführt, indem man aus dem Regenerator 30 heißen Katalysator von etwa 677⁰ durch Rohrleitung 37 abzieht und ihn im Fließ zustand durch den äußeren Raum des Austauschers 8 zirkulieren läßt. Das Koksgemisch des Fließbettes 4, in welches der Wärmeaustauscher 8 eintaucht, wird in den Rohren 11 des Austauschers 8 im Fließzustand gehalten.

In den Boden des Mantelrohres des Austauschers wird so viel Dampf eingeblasen, daß die Geschwindigkeit der aufwärts strömenden Dämpfe im äußeren Raum des Austauschers mindestens 0,45 m/sec beträgt. Der Dampf wird durch Mehrfachleitung 10 unterhalb der gelochten Verteilerplatte 9 eingeführt, welch letztgenannte den zwischen . den Rohren 11 gelegenen äußeren Raum des Austauschers quer durchsetzt. Auf diese Weise wird der heiße Katalysator im Außenraum des Austauschers in Form eines dichten Fließbettes gehalten, dessen Höhe mit 17 bezeichnet ist. Darüber . liegt eine Verdünntphase vor, aus welcher der Dampf durch Rohrleitung 12 abgezogen und durch einen Zyklonabscheider 13 zur Abscheidung von mitgerissenem Katalysatorstaub geleitet werden kann. Bei den angegebenen Belüftungsgeschwindigkeiten im Wärmeaustauscher kann eine Wärmeübergangszahl von etwa 366 kcal/m²h° C erzielt werden.. So kann die erforderliche Verkokungswärme durch Zirkulation des regenerierten Katalysators von 677⁰ durch den Austauscher geliefert werden, um den Katalysator im Austauscher auf 621 ° zu halten. Unter diesen Bedingungen herrscht in den Metallrohren des Austauschers eine Temperatur von nur etwa 538⁰, wodurch die Verwendung normaler Kohlenstoffstähle als Rohrwerkstoff möglich ist. Die Katalysatorteilchen werden bei etwa 621^Q aus dem äuß eren Raum des Wärmeaustauschers durch Rohrleitung 14 abgezogen und dem Regenerator 30 durch Fallrohr 15 und Förderleitung 16 wieder zugeführt.

Im Verlauf des Verfahrens wird Koks hauptsächlich aus den verhältnismäßig schweren Bestandteilen des Ausgangsgutes gebildet. Diese Bestandteile scheiden sich sehr leicht mit den Aschenbestandteilen auf den Teilchen des Verkokerfließbettes¹ ab. Sie haben, wie aus dem hohen Wert für den Conradson-Kohlenstoff hervorgeht, eine besonders große -Neigung zur Koksbildung. Die Teilchen des überschüssigen Produktkokses werden aus dem Koksbett 4 nach unten durch Rohrleitung 38 in einen Sammelbehälter abgezogen, während der Belüftungsdampf und die im Koksbett 4 ausgetriebenen KohlenwasserstofHdämpfe vom Koker 3 nach oben abströmen, zweckmäßig durch die Zyklonabscheider 29 oder einen anderen Abscheider zur Abtrennung des mitgerissenen Staubes, wiegeneigte Prallplatten. Die Dämpfe durchströmen dann das gelochte Verteilersieb 18 und treten in die Spaltzone 19 des Zweizonenreaktionsgefäßes ein. Der Durchmesser dieser Spaltzone 19 ist vorzugsweise größer als der Durchmesser der unteren¹ zur Verkokung dienenden Zone 3 des Reaktionsgefäßes, weil das Gesamtvolumen der Dämpfe während der katalytischen Umwandlung erhöht wird. Die Gasgeschwindigkeit in der Spaltzone 19 ist wiederum ausreichend, um die heißen Katalysatorteilchen oberhalb der Verteilerplatte 18 als dichtes Fließbett 20 von der Höhe 21 zu halten, über dem eine

stärker verdünnte Phase 22 vorliegt. Die Kohlenwasserstoffdämpfe werden in Berührung mit dem synthetischen Kieselsäure-Tonerde-Gel oder anderen geeigneten Spaltkatalysatoren des Fließbettes 20 gespalten. Die Dämpfe des Reaktionsproduktes werden zusammen mit dem Dampf vom Kopf durch Zyklon 23 abgezogen und strömen durch Rohrleitung 25 in eine Fraktionieranlage üblicher Bauart zur Produktgewinnung. Die Kontaktzeit der Dämpfe in der Spaltzone liegt bei etwa 10 bis 30 Sekunden. Der mit den Dämpfen mitgerissene Katalysatorstaub wird im Zyklon abgetrennt und dem Fließbett 20 durch das Tauchrohr 24 zurückgeführt, welches in die Dichtphase der Spaltzone unterhalb 21 reicht.

Die Reaktionswärme wird der Spaltzone 20 durch den heißen regenerierten Katalysator zugeführt, welcher von der Regenerierungszone 30 durch Rohrleitung 26 in einer ausreichenden Geschwindigkeit zirkuliert, um die Temperatur der Spaltzone bei etwa 538⁰ zu halten, während der Druck in der Verdünntphase der Spaltzone bei etwa 0,68 Atm. gehalten wird. Verbrauchter Katalysator wird aus dem Katalysatorbett 20 durch das FaIla5 rohr 15 abgezogen und im Kreislauf in die Regenerierungszone durch Förderleitung 16 wieder zurückgeführt. Hierzu wird ein Fördergas, wie Luft, verwendet, welches der Rohrleitung 16 am Boden des Fallrohres durch Rohrleitung 27 zugeführt wird. Kleinere Mengen eines Belüftungsgases, wie Dampf, können ebenfalls dem Fallrohr 15 durch eine oder mehrere Rohrleitungen 28 zugeführt werden, um ein freies Strömen des verbrauchten Katalysators zu gewährleisten.

Aus Förderleitung 16 wird das Gemisch von verbrauchtem Spaltkatalysator und Luft durch die Verteilerlochplatte 31 in den Regenerator 30 eingeführt. In diesem werden die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen, des Katalysators abgebrannt, während dieser in Form eines Fließbettes 35 bei einer Temperatur von etwa 677⁰ und .bei einem Druck von etwa 0,068 Atm. gehalten wird. Niedrige Drücke im Regenerator sind empfehlenswert, weil dadurch die Kosten für die Luftverdichtung niedrig ⁴S gehalten werden können. Das im Regenerator anfallende Verbrennungsgas wird vom Kopf durch den Zyklonabscheider 32 abgezogen. In diesem wird der mitgerissene Katalysatorstaub abgetrennt und durch Tauchrohr 33 in die Dichtphase des Fließbettes 35 zurückgeführt. Wie früher beschrieben, wird ein erheblicher Teil der im Regenerator 30 erzeugten Wärme dazu verwendet, um die zur Verkokung erforderliche Wärme der Verkokungszone 4 durch indirekten Wärmeaustausch im Austauscher 8 zuzuführen, während ein anderer Teil der im Regenerator erzeugten Wärme der Zone 19 der katalytischen Spaltung zugeführt wird, indem man den heißen, regenerierten Katalysator durch Rohrleitung 26 abzieht und direkt dem Fließbett 20 einmischt. Die restliche Wärme kann aus der Regenerierungszone durch indirekten Wärmeaustausch im Austauscher 36 abgeführt werden, durch welchen ein Kühlmittel, wie Wasser, zirkuliert, um Dampf für die Verwendung im Verfahren oder an anderer Stelle zu erzeugen. Man kann auch das schwere Kohlenwasserstoffausgangsgut durch den Wärmeaustauscher 36 leiten und auf diese Weise die überschüssige Wärme des Regenerators zur Vorheizung des Kohlenwasserstoffgutes auf die gewünschte Temperatur verwenden, bevor es dem Verkoker zugeführt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können getrennt mit Brennstoff beschickte Aufheizzonen für die Feststoffe des Verkokers weggelassen werden, indem man die überschüssige Wärme des Regenerators zum Betrieb des Verkokers verwendet und zur gleichen Zeit die übermäßige Beladung des Katalysators durch kohlenstoffhaltige Niederschläge bei der Spaltung reduziert, indem man die im Verkoker erzeugten Kohlenwasserstoffdämpfe durch Fraktionierung in folgende zwei Fraktionen zerlegt: eine koksbildende, schwere flüssige Fraktion, welche sich bis ., auf etwa 10 bis 35°/o des als Ausgangsgut verwendeten Rückstandsöls belaufen kann und im Kreislauf in die Verkokungszone zurückgeführt wird, und in eine leichtere Fraktion, welche dann allein der katalytischen Spaltung unterworfen wird. Um bei der Spaltung so wenig wie möglich Koks zu bilden, besteht das Ausgangsgut der katalytischen Spaltung vorzugsweise aus einem schweren Gasöl, welches bei etwa 343 bis 510⁰ siedet und sich auf etwa 25 bis 50% des als Ausgangsgut der Verkokung zugeführten Rückstandsöls beläuft. Wenn indessen der Katalysator nicht übermäßig beladen ist und man eine bessere Mittelölfraktion als Produkt wünscht, kann es sich manchmal empfehlen, sogar leichtere Produkte der katalytischen Spaltung zuzuführen, um dadurch die weniger wertvollen Mittelölfraktionen aus der Verkokung gleichzeitig mit der Spaltung des Gasöls zu reformieren, wodurch die Gesamtausbeute an Motörkraftstoff hoher Oktanzahl erhöht wird. Insbesondere wenn das Abbrennen der aus dem engen Gasölschnitt erhaltenen Abscheidung des katalytischen Kokses nicht ausreicht, um den Wärmebedarf der katalytischen Spaltung und der Verkokung zu decken, in welche normalerweise eine erhebliche Menge der schweren, koksbildenden Ausgangsfraktion im Rücklauf zurückgeführt wird, kann es sich außerdem empfehlen, die Menge an schwerem Rücklaufgut zu verringern, indem man den Trennungsschnitt zwischen dem Rücklaufgut und dem der Spaltung zugeführten Gut vom Siedebereich des Gasöls so weit erhöht, daß die koksbildenden Bestandteile in ausreichender Menge- in dem der katalytischen Spaltung zugeführten Reaktionsgut vorhanden sind, damit genügend Koks bei der katalytischen Spaltung abgeschieden wird, um daraus den Wärmebedarf des gesamten Verfahrens zu decken.

Gemäß Fig. 2 wird ein Vakuumpech von einer Siedelage oberhalb etwa 593⁰ (berechnet auf Atmosphärendruck) und einer Dichte von etwa dis.6° = 1*036 auf etwa 371⁰ vorerhitzt und durch Rohrleitung 101 in ein Verkokungsgefäß 102 ein-

gespritzt. Im Reaktionsgefäß 102 wird feinverteilter Koks, dessen Teilchen eine Größe zwischen 40 und 150 Mikron haben, bei einer Temperatur von etwa 482 bis 538⁰, vorzugsweise etwa 510⁰, in Form eines dichten Fließbettes 103 von der Höhe 104 gehalten. Zu diesem Zwecke wird Dampf durch Rohrleitung 105 unterhalb einer Verteilerlochplatte 106 mit einer solchen Geschwindigkeit in den Verkoker 102 eingeführt, daß die Oberflächengeschwindigkeit der Dämpfe insgesamt etwa 0,45 bis 0,90 m/sec beträgt. Die für die Durchführung der Reaktion erforderliche Wärme wird dem Fließbett 103 mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß die Temperatur des Bettes auf der gewünschten Höhe bleibt, wobei der Wärmeübergang durch Kreislauf-' führung eines Teiles der Koksteilchen zum Regenerator 301 und zurück erfolgt. Im Regenerator werden die Koksteilchen durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Katalysatorbett aufgeheizt, welches auf einer Temperatur von etwa 677⁰ gehalten wird, wie später beschrieben wird.

Die in der Verkokungszone erzeugten Dämpfe, welche sich auf etwa 70 bis 90 Gewichtsprozent des Ausgangsgutes belaufen, werden vom Kopf des Verkokers aus der Verdünntphase durch einen Feststoff abscheider, wie Zyklon 107, abgezogen. In diesem wird der mitgerissene Koksstaub abgetrennt und durch das Tauchrohr 108 dem Fließbett 103 wieder zurückgeführt, während die Dämpfe selbst durch Rohrleitung 109 in den Rektifizier turm 110 zur Trennung in die gewünschten Fraktionen geleitet werden. Die schwere Bodenfraktion,' welche. bei Atmosphärendruck einen Siedepunkt oberhalb etwa 510⁰ hat, wird aus dem Rektifizierturm durch Rohrleitung 111 und 101 in die Verkokungszone zurückgeführt. Die Zwischenfraktion, welche vorzugsweise ein schweres Gasöl von einem Siedebereich zwischen etwa 343 und 5 ro° bei Atmosphärendruck ist, wird durch Rohrleitung 112 abgezogen und in der Förderleitung 113 mit heißem regeneriertem Katalysator gemischt, der aus der Regenerierungszone 301 durch 'das Fallrohr 302 abgezogen wird. Der heiße Katalysator dient so in bekannter Weise zur Verdampfung des Öls, außerdem liefert er die bei der katalytischen Spaltung erforderliche Wärme. Das Gemisch von Katalysator und verdampftem Gasöl, welches in der Förderleitung 113 gebildet wird, wird nun der Spaltkammer 201 unterhalb der Verteilerlochplatte 202 zugeführt. In der Spaltkammer 201 wird das Gemisch von öldampf und Katalysator bei einer Temperatur von etwa 427 bis 649⁰, vorzugsweise bei etwa 482 bis 538⁰, in Form eines dichten Fließbettes gehalten, indem man die Dämpfe und gegebenenfalls Hilfsgase in bekannter Weise durch die Reaktionskammer von unten nach oben mit entsprechender Geschwindigkeit hindurchleitet. Aus der Reaktiqnskammer 201 werden die Dämpfe des Spaltproduktes vom Kopf durch Zyklon 203 und Rohrleitung 204 in eine andere Destillationsanlage üblicher Bauart abgezogen, in welcher die gewünschten Fraktionen, wie Kohlenwasserstoffgas, Mittel- und Gasöl, abgetrennt werden.

Infolge der Spaltung des Gasöls aus der Verkokurigszone werden verhältnismäßig große Kohlenstoff mengen, welche sich auf etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das dem Verfahren als Ausgangsgut zugeführte Pech, belaufen, in der Spaltkammer 201 auf dem Katalysator abgeschieden, wodurch dessen Aktivität sinkt. Ein derartiger verbrauchter Katalysator wird deshalb stetig aus der Reaktionskammer 201 durch das "Fallrohr 206 abgezogen und mit Luft, "die aus 207 zuströmt, vermischt. Das entstandene Gemisch wird nun durch Förderleitung 208 in den Regenerator 301 gefördert, in welchem es mit Hilfe der Lochplatte 303 gleichmäßig verteilt wird. Im Regenerator liegt der Katalysator in gleicher Weise in Form eines dichten Fließbettes 364 mit der Höhe 305 vor, oberhalb deren eine stärker verdünnte Phase 306 vorliegt, aus welcher die Verbrennungsgase durch den Zyklonabscheider 307 und Rohrleitung 308 abgezogen werden. Auf diese Weise wird der kohlenstoffhaltige Niederschlag im Regenerator bei 538 bis 8i6°, zweckmäßig etwa 677⁰, abgebrannt. Dadurch wird ausreichend Wärme erzeugt, um nicht nur die Zone der katalytischen Spaltung versorgen ζμ können, sondern auch den Wärmebedarf der Verkokung zu decken.

Die große, für die Verkokung des schweren Ausgangsgutes erforderliche Wärmemenge wird dem Fließbett 103 durch Kreislauf führung von Koks zwischen dem Koksbett 103 und dem Rohrbündelaustauscher 309 zugeführt, welcher in das Bett des heißen Regenerators 304 eintaucht. Diese Kokszirkulation erfolgt dadurch, daß man den Koks aus dem Bett 103 durch das Fallrohr 114 abzieht, Dampf durch Rohrleitung 115 am Fuß des Fallrohres 114 in den abgezogenen Koks einspritzt und die entstandene Verdünntsuspension der Koksteilchen im Dampf durch Förderleitung 116 in den Rohrbündelaustauscher 309 fördert, der dem Austauscher 8 der Fig. 1 entspricht. Die Koksteilchen werden in dem äußeren Raum des Rohrbündelaustauschers genügend lange als dichtes Fließbett gehalten, um ihre Temperatur durch indirekten Wärmeübergang vom heißen Fließbett des Katalysators 304 auf etwa 510 bis 566⁰ zu steigern, welcher durch die Rohre des Wärmeaustauschers 309 strömt. Der aufgeheizte Koks wird schließlich aus dem Wärmeaustauscher durch das Fallrohr 310 abgezogen und in das Koksbett 103 zurückgeführt, nachdem er in der Förderleitung 105 in der oben beschriebenen Weise mit Dampf gemischt wurde.

Mankann auch den Wärmeaustauscher im Innern des Koksbettes 103 anordnen. In diesem Fall wird eine geeignete Menge von heißem regeneriertem Katalysator aus dem Regeneratorbett 304 in den äußeren Raum des Austauschers geleitet, der in der Verkokungszone angeordnet ist, während der Fließkoks durch die Rohre des Wärmeaustauschers in der oben in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise strömt. Bei dieser Arbeitsweise kann der regenerierte Katalysator, der in dem äußeren Raum um die Austauschrohre in Fließzustand gehalten und teilweise gekühlt wird, anschließend mit dem

Gasöl aus der Verkokungszone gemischt werden, anstatt daß man heißen Katalysator verwendet, der direkt aus dem Regenerator abgezogen wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die entstandenen Suspensionen von Öldämpfen und Katalysator können dann durch Rohrleitung 113 der Reaktionskammer zur katalytischen Spaltung zugeführt werden. Überschüssiger Katalysator aus dem Wärmeaustauscher kann mit Luft gemischt und in den Regenerator in ähnlicher Weise zurückgeführt werden, wie verbrauchter Katalysator zurückgeleitet wird. Die Anordnung des Wärmeaustauschers im Koksbett von etwa 510⁰ in der oben beschriebenen Weise hat den Vorteil, daß die Temperaturen der Metallrohre niedriger sind im Vergleich zu der Ausführungsform, die tatsächlich in Fig. 2 abgebildet ist, bei welcher der Austauscher in das Regeneratorbett von etwa 677⁰ untertaucht. Infolgedessen hat die Anordnung des Austauschers in dem verhältnismäßig kühlen Fließbett der Verkokungszone den Vorteil, daß weniger kostspieliges Konstruktionsmaterial verwendet werden kann. Andererseits hat die Anordnung des Wärmeaustauschers in dem Regeneratorbett von hoher Temperatur den Vorteil, daß infolge der periodischen Aufheizung der Koksteilchen auf die höhere Temperatur von etwa 538°, die bei dieser Ausführungsform nötig ist, der Koks mehr oder weniger vollständig austrocknet und infolgedessen Fließschwierigkeiten in der Verkokungszone verhindert werden. Außerdem erhält man einen besseren Produktkoks. Diese Vorteile können insgesamt die hierbei erforderlichen erhöhten Metallkosten überwiegen.

Die Beschreibung dient lediglich zur Erläuterung der Erfindung, nicht aber ihrer erschöpfenden Begrenzung. Sie kann im Gegenteil vielfach variiert und abgewandelt werden, was dem Fachmann im Bedarfsfall im Rahmen der Erfindung ohne weiteres gegeben ist.

Zum Beispiel läßt sich die Erfindung über die in den einzelnen Beispielen beschriebene Arbeitsweise hinaus allgemein auf die Behandlung schwerer Rückstände von Rohölen sowie auf Rücklaufprodukte anwenden, die einen Siedebereich oberhalb etwa 482 bis 621° (berechnet auf Atmosphärendruck) und eine Dichte von d_1SfiO zwischen etwa 1,076 und 0,934 haben, aber selbst auch auf leichtere Produkte, wie GasÖle. Die Erfindung ist für die Verarbeitung von solchen Produkten von besonderem Wert, welche eine hohe Neigung zur Koksbildung haben, was sich aus hohen Werten für den Conradson-Kohlenstoff von etwa 5 bis 35 ergibt, z.B. Rohölprodukte, welche durch Destillation bei Atmosphärendruck oder Unterdruck erhalten werden und etwa 2 bis 25 Volumprozent des gesamten destillierten Rohöls darstellen. Die Erfindung läßt sich ferner auf gereinigte Öle von der katalytischen Spaltung, verschiedene Pechsorten, Teerprodukte von der Viskositätsbrechung und ähnliche Produkte anwenden. Vor der Zuführung in den Verkoker können die schweren Ausgangsprodukte mit Destillatfraktionen vom Siedebereich des Mittelöls oder anderen leichten Produkten verschnitten und vorzugsweise auf Temperaturen zwischen 93 und 538⁰, insbesondere 316 und 427⁰, ^e5 vorerhitzt werden. Außerdem kann das Kohlenwasserstoffbeschickungsgut in den verschiedenen Reaktionszonen mit Dampf, Rücklaufgas oder anderen Inertgasen in Mengen bis zu etwa 8,9 bis 89 cbm je 100 1 (unter Verkokungsbedingungen) verdünnt werden, da derartige Verdünnungsmittel die Gasgeschwindigkeit im Verkoker erhöhen. Die Geschwindigkeiten können von etwa 0,15 bis 1,5 oder 3 m/sec betragen, um in der Dichtphase des Fließbettes scheinbare Dichten von etwa 0,160 bis 0,801 und in der dispersen Phase von etwa 0,016 · 10—² bis 0,080 t/m³ zu bilden, wie an sich bekannt ist.

Als Kontaktstoffe werden im Verkoker vorzugsweise Koksteilchen verwendet, welche Teilchengrößen von etwa ο bis 200 oder 500 Mikron haben, doch können auch andere Inertstoffe, wie Sand, verbrauchte Tone u. dgl., in gleicher Weise verwendet werden, wenn ein Koksprodukt von hohem Aschegehalt erlaubt ist.

Als Kontaktstoff in der Spaltzone kann jeder feinverteilte Spaltkatalysator verwendet werden, wie aktivierte Tone, aktivierte Tonderde, synthetische Gemische von Kieselsäure mit Tonerde, Magnesia und/oder Borsäure, Aktivkohle und andere bekannte Spaltkatalysatoren. Die Teilchengröße der Feststoffe in der Zone der katalytischen Spaltung sowie in der Regenerierungszone, die scheinbaren Dichten und die Gasgeschwindigkeiten liegen im wesentlichen in denselben Grenzen, wie sie oben für die Feststoffe des Verkokers angegeben sind.

Als Reaktionsbedingungen sind etwa 427 bis 649⁰, zweckmäßig 454 bis 510⁰ für die Verkokung, Temperaturen von etwa 427 bis 649⁰, zweckmäßig etwa 482 bis 538⁰ für die katalytische Spaltung und Temperaturen von etwa 538 bis 8i6°, zweckmäßig 593 bis 705° für die Regeneration des Katalysators zu nennen, jedoch mit der Maßgabe, daß die Regenerierungstemperatur mindestens 56⁰ über der Verkokungstemperatur liegen soll, um den erforderlichen indirekten Wärmeaustausch zwischen den Feststoffen des Verkokers und dem regenerierten Katalysator zu ermöglichen. Natürlich darf die Regenerierungstemperatur bekanntlich nicht so hoch sein, daß der Katalysator ernsthaft geschädigt wird. Das Gewichtsverhältnis von Öl zu Gesamtfeststoffen kann in der Verkokungs- und Spaltzone etwa 0,1 bis 5 Gewichtsteile/Stunde/Gewichtsteile betragen. Das Katalysator-Öl-Verhältnis in der verdünnten Suspension des Katalysators, wie sie der Spaltzone 201 durch die Förderleitung 113 der Fig. 2 zugeführt wird, kann etwa 1 bis 20 betragen. Die räumliche Anordnung der abgebildeten Vorrichtung kann in verschiedener Weise geändert werden. Während z. B. der Wärmeaustauscher bei der Anordnung gemäß Fig. 1 und 2 vollständig in die Wirbelschicht der Verkokungszone bzw. der Regenerationszone eintaucht; kann er auch so· an- ■ geordnet werden, daß er nur teilweise in diese eintaucht. Er kann auch in beiden Ausführungsformen

in der anderen. Zone angeordnet werden, was nur kleine Abänderungen erforderlich macht, wie oben beschrieben wurde. Außerdem kann der Wärmeaustauscher selbst an Stelle des abgebildeten Rohrbündelaustauschers jede beliebige Bauart haben, vorausgesetzt, daß die feinverteilten Feststoffe auf beiden Seiten der Wärmeübergangsfläche in Fließzustand gehalten werden können. In gleicher Weise

. kann Ausgangsgut direkt in das Fließbett des Verkokers' (Fig. i) oder wahlweise in die· stärker disperse Phase eingeführt werden (Fig. 2), da jedes

der beiden Verfahren gewisse Vorteile bietet, die das andere wiederum nicht hat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE;

i."Verfahren zur Umwandlung von Kohlen-

ao Wasserstoffen in leichtere Produkte, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausgangsgut in einer Verk'okungszone bei 427 bis 649 ° in einer Wirbelschicht von feinzerteilten Inertstoffen verkokt, die koksbeladenen Inertstoffteilchen sowie die Kohlenwasserstoffdämpfe abzieht und die letztgenannten in einer Spaltzone bei 427 bis 649° in einer Wirbelschicht des Spaltkatalysators spaltet, aus dieser Zone die Produktdämpfe sowie den koksbeladenen Katalysator abzieht, den letztgenannten mit einem ' sauerstoffhaltigen Gas mischt, in Form einer Wirbelschicht in eine Regenerationszone fördert, dort seine Koksbeladung, bei einer Temperatur abbrennt, die mindestens 56° über der Tempe-' ratur der Verkokungszone und zwischen 593 und 816° liegt, und ihn dadurch regeneriert sowie aufheizt, und mit einem Teil der im Regenerator entstandenen Wärme die Spaltzone beheizt, indem man einen Teil des regenerierten Katalysators im Kreislauf in diese zurückführt, während ein anderer Teil, der im Regenerator entstandenen Wärme in indirektem Wärmeaustausch zur Beheizung der Verkokungsstufe verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verkokungszone durch indirekten Wärmeaustausch einer zirkulierenden Teilmenge des im Regenerator aufgeheizten Katalysators mit den in der Verkokungszone befindlichen Inertstoffen beheizt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verkokungszone durch indirekten Wärmeaustausch einer zirkulierenden Teilmenge ihrer Inertstoffe mit dem aufgeheizten Katalysator im Regenerator beheizt."
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der Verkokungszone abströmenden Dämpfe vor Einleitung in die Spaltzone mechanisch von den mitgerissenen Feststoffen abtrennt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der Verkokungszone abströmenden Dämpfe kondensiert und destillativ in eine schwere Bodenfraktion, die im Kreislauf in die Verkokungszone zurückgeführt wird, und in eine Gasölfraktion zerlegt und diese letztgenannte mit dem zirkulierenden, aus dem Wärmeaustauscher der Verkokungszone abströmenden Katalysator mischt und die Suspension des Katalysators in den öldämpfen in die Spaltzone fördert.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Inertstoff in der Verkokungszone Koks verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß; man als Ausgangsgut ein Rückstandsöl mit einer Conradsonzahl von etwa S bis 35 verwendet, welches unter Atmosphärendruck über 482⁰ siedet, dieses auf 316 bis 427⁰ vorerhitzt und dann in eine Verkokungszone einführt, deren Koksteilchen eine Größe bis zu etwa 500 Mikron haben, aus den Produktdämpfender Verkokungszone eine Gasölfraktion abtrennt und diese im Gemisch mit heißem, aus dem Regenerator abgezogenem Katalysator in die Spaltzone fördert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man der Spaltzone eine Suspension von Katalysator-in-öldämpfen zuführt, die etwa 1 bis 20 Gewichtsteile Katalysator/Gewichtsteil öl enthält, und das Öl-Gesamtfeststoff-Verhältnis in Verkokungs- und Spaltungszone zwischen 0,1 und 5 Gewichtsteilen/Stunde/Gewichtsteil hält.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß' Anspruch ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bezirk eines senkrecht angeordneten Reaktionsgefäßes als Spaltzone und der von diesem durch einen gelochten Zwischenboden getrennte untere, einen geringeren Querschnitt aufweisende Bezirk als Verkokungszone ausgebildet ist, in welcher ein Rohrbündelaustauscher vorgesehen ist, durch dessen senkrecht angeordnete Austauschrohre die Wirbelschicht der Verkokerinertstoffe und durch dessen äußeren Raum zirkulierender Katalysator aus dem Regenerator strömt.

• Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2543884, 2542917, 2431630,2534859.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 509 616 1.56