WO1997027269A1 - Verfahren zum katalytischen kracken von kohlenwasserstoffen - Google Patents

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Bernhard Rosengarten
Ludwig Grimm
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Ruhr Oel Gmbh
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G11/00—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G11/14—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts
    • C10G11/18—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique

Definitions

  • the invention relates to a method for catalytic cracking with a fluidized solid catalyst (FCC method) of hydrocarbons in an FCC system with the following features: contacting a mixture of hot regenerated catalyst particles, lift gas, water vapor with the hydrocarbons at one or more upstream feed points of a reaction zone with rising catalyst under
  • FCC method fluidized solid catalyst
  • the catalytic cracking of hydrocarbons with a fluidized solid catalyst is the leading process for the production of LPG, gasoline and light heating oil from heavier hydrocarbon feedstocks such as vacuum gasol or residue fractions.
  • heavier hydrocarbon feedstocks such as vacuum gasol or residue fractions.
  • Lighter hydrocarbon products can be added to the fuel pool directly or after further treatment, for example, whereby the yield of product according to specifications with an octane number corresponding to the requirements can be increased considerably by separating crude oil by distillation
  • the conversion rate of the hydrocarbon feed material in the reaction zone can be regulated by the temperature of the catalyst, the activity of the catalyst, the amount of catalyst, that is the ratio of catalyst to the feed oil and the contact time between the catalyst and the feed material
  • the most common method of regulating the reaction temperature is to adjust the catalyst recycle rate from the regeneration zone to the reaction zone, which at the same time involves changing the ratio of the amount of catalyst to the feed oil
  • the various FCC processes are suitable to meet an increased demand for isobutylene for the production of methyl tertiary carbutyl ether (MTBE) and other "oxygenates" due to the legislative activity for air pollution in the field of the formulation of petrol fuels
  • MTBE methyl tertiary carbutyl ether
  • New catalysts have succeeded in increasing the yield of isobutylene in FCC plants, for example by 30%. Such catalysts also increase the octane numbers and contribute to an improved residue conversion, see Oil & Gas Journal, May 1, 1995, 98 The present invention takes a different approach to an improvement in the yield structure which is also sought
  • FIG. 1 of the drawing in the sense of an exemplary embodiment, a suitable circuit for returning the medium gasoline component (MBI) to the reaction zone with the rising catalyst is shown in a diagram
  • the process is carried out, for example, in such a way that the catalyst coming from the regenerator and at a temperature of about 700.degree. C. is introduced as usual at the lower point of use with lift gas and steam, based on the upper point of use, for example approx. 9 m lower, according to the invention and not, as was previously the case, at the upper point of use, an FCC gasoline returned from the main column, preferably medium gasoline with a comparatively low temperature (e.g. 30 ° C.), is thereby introduced, with the reactor temperature typically remaining at approximately 545 ° C., the catalyst / oil ratio to increase
  • the invention enables an increased production of ethylene and propylene, which is particularly attractive for refined fuels which have downstream petrochemical plants.
  • the invention furthermore enables an increased production Flexibility of already existing plants with regard to achieving an optimal yield structure of the products without having to make changes to the reaction system

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum katalytischen Kracken mit einem fluidisierten Feststoffkatalysator (FCC-Verfahren) von Kohlenwasserstoffen in einer FCC-Anlage mit den folgenden Merkmalen: Kontaktieren eines Gemischs aus heißen regenerierten Katalysatorpartikeln, Liftgas, Wasserdampf mit den Kohlenwasserstoffen an einem oder mehreren aufstromseitigen Aufgabepunkten einer Reaktionszone mit aufsteigendem Katalysator unter Kohlenwasserstoffumwandlungsbedingungen und Abziehen des Abstroms aus dem abstromseitigen Ende der Reaktionszone in eine Feststoff-Fluid-Trenneinrichtung, Abtrennen der Kohlenwasserstoffdämpfe und des Wasserdampfes zur weiteren Aufarbeitung in Heizgas (C2 minus), C3-Schnitt, C4-Schnitt, die FCC-Benzinfraktionen Leichtbenzin (LBI), Mittelbenzin (MBI) und Schwerbenzin (SBI), leichtes Rückstandsöl (LCO), schweres Rückstandsöl (HCO) und Koks. Zur Erhöhung des Katalysator/Öl-Verhältnisses und zur Verbesserung der Ausbeutestruktur ist die Rückführung eines FCC-Benzinanteils in die Reaktionszone mit dem regenerierten und rezirkulierten aufsteigenden Katalysator vorgesehen.

Description

Verfahren zum katalytischen Kracken von Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum katalytischen Kracken mit einem fluidisierten Feststoffkatalysator (FCC-Verfahren) von Kohlenwasserstoffen in einer FCC-Anlage mit den folgenden Merkmalen Kontaktieren eines Gemischs aus heißen regenerierten Katalysatorpartikeln, Liftgas, Wasserdampf mit den Kohlenwasserstoffen an einem oder mehreren aufstromseitigen Aufgabepunkten einer Reaktionszone mit aufsteigendem Katalysator unter
Kohlenwasserstoffumwandlungsbedingungen und Abziehen des Abstroms aus dem abstromseitigen Ende der Reaktionszone in eine Feststoff-Fluid-Trennemπchtung, Abtrennen der Kohlenwasserstoffdampfe und des Wasserdampfes zur weiteren Aufarbeitung in Heizgas (C2 minus), C3-Schnιtt, C4-Schπιtt die FCC- Benzinfraktionen Leichtbenzin (LBI), Mittelbenzin (MBI) und Schwerbenzin (SBI), leichtes Ruckstandsöl (LCO), schweres Ruckstandsöl (HCO) und Koks
Das katalytische Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einem fluidisierten Feststoffkatalysator ist das fuhrende Verfahren zur Herstellung von LPG, Benzin und leichtem Heizöl aus schwereren Kohlenwasserstoffeinsatzprodukten wie Vakuumgasol oder Ruckstandsfraktionen Hierbei werden die in dem schweren Einsatzprodukt enthaltenen größeren Kohlenwasserstoffmolekule durch Spaltung der längeren Kohleπwasserstoffketten gekrackt und leichtere Kohlenwasserstoffprodukte erzeugt Die leichteren Kohlenwasserstoffprodukte können direkt oder nach weiterer Behandlung beispielsweise dem Kraftstoffpool zugeführt werden, wodurch die durch destillative Auftrennung von Erdöl erzielbare Ausbeute an spezifikationsgerechtem Produkt mit einer den Anforderungen entsprechenden Oktanzahl erheblich erhöht werden kann
Die grundlegenden Anlagenteile für das katalytische Kracken von Kohlenwasserstoffen mit einem fluidisierten Feststoffkatalysator sind seit den frühen vierziger Jahren dieses Jahrhunderts bekannt
Hinsichtlich weiterer Einzelheiten zum technologischen Hintergrund und in der gangigen Raffineriepraxis eingesetzter üblicher FCC-Verfahren wird beispielsweise verwiesen auf Hydrocarbon Processing, November 1992, Seiten 168 bis 175 Danach kontaktiert ein Ruckfuhrungsstrom aus leichten Kohlenwasserstoffgasen denregeneπerten Katalysator am unteren Aufgabepunkt des sogenannten vertikalen Riser-Reaktors, in dessen rohrformigem Querschnitt der feinteilige Katalysator als quasi fluide Phase mit dem Ruckfuhrungsstrom und Einsatzproduktstrom zusammengefuhrt und über den oberen Aufgabepunkt hinaus der Trenneinrichtung für den Katalysator und die Reaktionsprodukte zugeführt wird
Eine weiter ins einzelne gehende Beschreibung eines derartigen Verfahrens und eines verbesserten Einsatzes von Liftgas in die Reaktionszone mit aufsteigendem Katalysator an dem untersten aufstromseitigen Aufgabepunkt ist beispielsweise der Druckschrift U S -Patent 4 988 430 zu entnehmen Hierbei werden die in dem Stπppteil eines FCC-Reaktor/Regeneratorabschnittes zur Regeneration des mit Koks beladenen verbrauchten Katalysators abgetrennten Dampfe ais ein geeigneter Einsatzstrom für die Zugabe von Liftgas ausgewiesen
Die Umwandlungsgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffeinsatzmatenals in der Reaktionszone könne geregelt werden durch die Temperatur des Katalysators, die Aktivität des Katalysators, die Katalysatormenge, d h das Verhältnis von Katalysator zu dem Einsatzol sowie die Kontaktzeit zwischen dem Katalysator und dem Einsatzmateπal
Das am meisten gebräuchliche Verfahren zur Regelung der Reaktionstemperatur sei die Einstellung der Ruckfuhrrate für den Katalysator aus der Regenerationszone in die Reaktionszone, wodurch gleichzeitig eine Änderung des Verhältnisses der Menge von Katalysator zu dem Einsatzol verbunden sei
In der Druckschrift US 4 988 430 wird ferner darauf hingewiesen, daß die Verwendbarkeit der aus dem mit den Reaktionsprodukten abgezogenen Katalysator abgestnppten kohlenwasserstoffhaltigen Dampfe als Liftgas auch in dem Falle gegeben ist, in welchem durch längeres Einwirken des Katalysators bei hohen Temperaturen ein Abbau im wesentlichen aller Kohlenwasserstoff bestandteile zu leichten Gasen erfolgt ist, vgl Spalte 4, Zeilen 21 - 31 , a a O
Die verschiedenen FCC-Verfahren sind geeignet, einen aufgrund der gesetzgeberischen Aktivität zur Luftreinhaltung auf dem Gebiet der Formulierung von Otto-Kraftstoffen erhöhten Bedarf an Isobutylen zur Herstellung von Methyltertiarbutylether (MTBE) und anderen "oxygenates" zu decken
Durch neue Katalysatoren ist es gelungen, die Ausbeute an Isobutylen in FCC- Anlagen beispielsweise um 30 % zu steigern Derartige Katalysatoren erhohen auch die Oktanzahlen und tragen zu einer verbesserten Ruckstandskonversion bei, vgl Oil & Gas Journal, May 1 , 1995, 98 Die vorliegende Erfindung geht einen anderen Weg zu einer ebenfalls angestrebten Verbesserung der Ausbeutestruktur
Durch Rückführung eines FCC-Benzinanteils, vorzugsweise eines Mittelbenzinanteils in die Reaktionszone mit dem aufsteigenden Katalysator gelingt es, die Produktion an C2 minus, C3-Schnιtt, C4-Schnιtt, Leichtbenzin, Schwerbenzin, LCO und Koks auf Kosten einer reduzierten Benzin- und einer verringerten HCO-Produktion anzuheben
Dieses Ergebnis war überraschend, weil erwartet werden konnte, daß z B das Mittelbenzin fast ausschließlich zu niedriger siedenden Fraktionen gekrackt wurde Die Krackung erfolgt überraschend nicht nur zu Heizgas (C2 minus), C3-, C4-Schnιtt und Leichtbenzin sondern die Reaktionsparameter werden im Reaktor-Riser derart geändert, daß es zu einer Ausbeuteveranderung der gesamten FCC-Produktpalette kommt
In Figur 1 der Zeichnung ist im Sinne eines Ausfuhrungsbeispiels in einem Schema eine geeignete Schaltung zur Rückführung des Mittelbenzinanteils (MBI) in die Reaktionszone mit dem aufsteigendem Katalysator dargestellt
Das Verfahren wird beispielsweise so durchgeführt, daß der aus dem Regenerator kommende und ca 700° C heiße Katalysator wie üblich an dem bezogen auf den oberen Einsatzpunkt z B ca 9 m tieferen unteren Einsatzpunkt mit Liftgas und Dampf aufgegeben wird Erfindungsgemaß wird bereits an diesem unteren Einsatzpunkt und nicht wie bisher üblich an dem oberen Einsatzpunkt ein aus der Hauptkolonne zurückgeführtes FCC-Benzin vorzugsweise Mittelbenzin mit vergleichsweise niedriger Temperatur (z B 30° C) aufgegeben Dadurch gelingt es, bei gleichbleibendender Reaktortemperatur von typischerweise ca 545° C das Katalysator/Ol-Verhaltnis zu erhohen
Der Effekt der erfindungsgemaßen Mittelbenzinruckfuhrung ist in der nachfolgenden Tabelle für das Einsatzprodukt mit den angegebenen Eigenschaften und dem angegebenen Katalysator hinsichtlich der Ausbeutestruktur sowie der Oktanzahl- erhohung (RON und MON) verdeutlicht
Da das Einsatzprodukt erst ca 9 m hoher am oberen Aufgabepunkt zugegeben wird ergibt sich für das Mittelbenzin in dem Abschnitt zwischen unteren und oberen Aufgabepunkt ein sehr hohes Verhältnis von Katalysator zu Ol Beispielsweise erreicht dieses Verhältnis bei voller Rückführung des Anteils an erzeugtem Mittelbenzin einen Wert von 36 1 Hierdurch konnte die Liftgasmenge auf etwa 60 - 70 % reduziert werden
Die Erfindung ermöglicht neben einer Herstellung von Grundkraftstoff mit erhöhten Oktanwerten aufgrund einer höheren Olefmitat, aber nicht erhöhter Aromatizitat, eine erhöhte Produktion von Ethylen und Propylen, was insbesondere für Raffineπebetπebe, die über nachgeschaltete petrochemische Anlagen verfugen, attraktiv ist Die Erfindung ermöglicht des weiteren eine erhöhte Flexibilität bereits bestehender Anlagen in bezug auf das Erzielen einer optimalen Ausbeutestruktur der Produkte, ohne daß am Reaktionssystem Veränderungen vorgenommen werden müssen
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Claims

Patentansprüche
1 Verfahren zum katalytischen Cracken mit einem fluidisierten Feststoff katalysator (FCC-Verfahren) von Kohlenwasserstoffen mit den folgenden Merkmalen
a) Kontaktieren eines Gemischs aus heißen regenerierten Katalysatorpartikeln, Liftgas und Wasserdampf mit den Kohlenwasserstoffen an einem oder mehreren aufstromseitigen Aufgabepunkten einer Reaktionszone mit aufsteigendem Katalysator unter Kohlenwasserstoffumwandlungsbedingungen
b) Abziehen des Abstroms aus dem abstromseitigen Ende der Reaktionszone in eine Feststoff-Fluid-Trenneinnchtung, Abtrennen der Kohlenwasserstoffe und des Wasserdampfes zur weiteren Aufarbeitung in Heizgas (C2 minus), C3- Schnitt, C4-Schnιtt, die FCC-Benzinfraktionen Leichtbenzin, Mittelbenzin und Schwerbenzin, leichtes Ruckstandsöl (LCO), schweres Ruckstandsöl (HCO),
Koks und Regenerieren und Rezirkulieren des Katalysators sowie Rückführung eines FCC-Benzinanteils in die Reaktionszone mit aufsteigendem Katalysator
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die FCC- Benzinruckführung zum untersten der mmd zwei in FCC-Anlagen der beschriebenen Art vorhandenen Aufgabepunkte für die Reaktionszone vorgenommen wird
3 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittelbenzin ruckgeführt wird
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