DE1936107C3 - Fließbett-Crackvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Fließbett-Crackvorrichtung mit einem seitlichen senkrechten Zufuhrleitungs-Crackreaktor sowie ein Verfahren zum katalytischen Cracken unter Einsatz der erfindungsgemäßen Fließbett-Crackvorrichtung.

Es ist bekannt, zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen den Katalysator im Fließbett-Verfahren einzusetzen; hierbei wird der gepulverte Katalysator mit dem erhitzten verdampften öligen Einsatzmaterial vermischt bzw. in dem öl suspendiert Diese Mischung wird dann in ein Reaktionsgefäß oder in eine Reaktionssäule eingeleitet, wo die Geschwindigkeit der nach oben strömenden Katalysatorteilchen gegenüber den ansteigenden öldämpfen abnimmt Die Katalysatorteilchen bleiben gegenüber den Dämpfen zurück, bewegen sich aber immer noch weiter nach oben durch das Reaktionsgefäß. Hierdurch wird ein wirksames hohes Verhältnis von Katalysator zu öl im Reaktionsgefäß erreicht, so daß das Zufuhrverhältnis von Katalysator zu öl niedrig bleibt Die Mischung aus Katalysator und Dämpfen des Einsatzmaterials wird dann in einen Zyklon oder eine andere Trennvorrichtung eingeleitet, um den Katalysator von dem Dampf zu trennen und ihn anschließend in einer Aufbereitungsstation zu regenerieren und danach wieder im Kreislauf mit neuem Kohlenwasserstoff zu vermischen.

Anstelle einer Suspension von gepulvertem Katalysator im Kohlenwasserstoffdampf werden neuerdings Fließbett-Verfahren mit einem dichten Bett des Katalysators verwendet, bei dem man z. B. den Katalysator mit einem Belüftungsgas vermischt und diese Mischung mit großer Geschwindigkeit in ein dichtes fluides Bett des Katalysators in dem Reaktionsgefäß einspritzt. Das Katalysatorbett wird in fließfähigem Zustand gehalten, indem man das fluidisierte Gas am Boden des Reaktionsgefäßes einspritzt. Das Einsatzmaterial wird direkt in dieses Fließbett geleitet und dort zu dem gewünschten Produkt umgewandelt. Das Produkt wird dann über Kopf als Dampfphase abgezogen, während der Katalysator konstant von dem Fließbett entfernt und in einer Aufbereitungszone regeneriert und umgewälzt wird. Der regenerierte Katalysator wird dann wieder wie vorher bei Beginn des Verfahrens eingesetzt.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird ein Reaktor mit einer Zufuhrleitung oder Vormischkammer verwendet, in der der fein verteilte Katalysator mit dem verdampften Einsatzmaterial gemischt und durch eine verlängerte Reaktionszone mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 bis 22 m/sec geleitet wird. Die Suspension enthält soviel Katalysator, daß das Verhältnis der Volumengewichte von Einsatzmaterial je Stunde zu Katalysator-Rückhaltung (gleich Gewicht des in der Reaktionszone vorhandenen Katalysators) etwa 20 :1 bis 3:1 beträgt, so daß das Gewichtsverhältnis des strömenden Katalysators zum strömenden Einsatzmaterial etwa 4 :1 bis 20 :1 beträgt. Ferner ist vorgesehen, daß das flüssige, im Kreislauf umgewälzte Einsatzmaterial vor der Umsetzung in der Zufuhrleitung eingesetzt wird. Das umgewälzte und wieder zurückgeführte Material wird verdampft, so daß die effektive Umwandlung des frischen Einsatzmaterials bei einer vorgegebenen Länge und einem vorgegebenen Durchmesser der Zufuhrleitung ansteigt. Die Katalysatorsuspension wird dann in einen Behälter geleitet, wo die Dämpfe und das flüssige Material sich durch diesen Behälter nach oben bewegen und die Katalysatorteilchen nach unten fallen. Es ist ein Katalysator-Trennabschnitt vorgesehen, wo das kohlenwasserstoffhaltige Material von der Oberfläche des Katalysators durch Reaktion mit einem nach oben gerichteten Dampfstrom befreit wird, der entgegengesetzt zu den nach unten strömenden Katalysatorteilchen strömt. Die Katalysatorteilchen werden dann aus dem katalysatorbehälter ausgetragen, regeneriert und wieder im Kreislauf zugeführt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahren besteht in der übermäßigen Erosion im Zuführungssystem. Eine andere Schwierigkeit ergibt sich durch den Homogenl· täisverlust zwischen suspendiertem Katalysator und dem verdampften Einsatzmaterial; die Suspension aus Gas und Feststoffen trennt sich auf und läßt sich in der Zufuhrleitung nicht mehr zu einer homogenen Mischung vereinigen. Die Erosion und die Auftrennung von Katalysatorteilchen und Dampf sind besonders schwerwiegend, wenn die Zufuhrsteigleitung iange ι ο Krümmungsbogen unterhalb der Einspritzstelle für den Dampf besitzt.

Mit der Erfindung sollen die Nachteile der Erosion und der Auftrennung der Katalysatorteilchen aus der Suspension im Dampf beseitigt werden. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Verwendung von rechtwinkligen scharfen Knicken in der Zufuhrsteigleitung unterhalb der Einspritzstelle für das Einsatzmaterial eine unerwartet niedrige Erosion in der Steigkammer oder in der Steigleitung ergibt und eine homogenere Durchmischung des Einsatzmaterials und des Katalysators als bisher ermöglichen. Die rechtwinkligen scharfen Abbiegungen unterhalb des Einspritzpunktes ergeben ferner die folgenden Vorteile:

1. die Ausgangskontaktzone in der geraden Zufuhrleitung wird vergrößert,

2. die Vermisch..ng von Gas und Feststoff in der Steigkammer wird verbessert,

3. das Fließverhalten von Gas/Feststoff im Reaktionsgefäß wird verbessert,

4. ein Verstopfen der Reaktorgitter findet nicht statt,

5. in der Abstreifzone des Reaktors wird eine Störung mit den Gas/Feststoff-Kontaktoren verringert und die Isolierung der Kohlenwasserstoffe in dem Abstreifgefäß verbessert,

6. die Erosion in dem Steiggefäß wird verringert,

7. Leitbleche oder Drehflügel sind in der Steigleitung für das Einsatzmaterial nicht erforderlich.

Dementsprechend wird eine Fließbett-Crackvorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung einen verlängerten, im wesentlichen senkrechten Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor besitzt, der Einlasse für das flüssige Einsatzmaterial und Zufuhröffnungen für die Zufuhr des Katalysators besitzt und Austrittsöffnungen aufweist, und daß neben dem Zufuhrsteigleitungsreaktor ein Fließbett-Crackreaktor vorgesehen ist und eine Leitung, welche die Austrittsseite des Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktors mit der Eingangsseite des Reaktorgefäßes verbindet, und daß diese Leitung so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie eine scharfwinklige Biegung von mindestens 90° gegenüber der senkrechten Achse des Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktors bildet.

Es kann angenommen werden, daß die Berührung in dem Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor (im folgenden der Einfachheit halber nur als Zufuhrsteigleitung oder Steigkammer bezeichnet) gemäß Erfindung dadurch verbessert wird, daß die Feststoffe in dem Dampf an den rechtwinkligen Knicken angehalten biiw. ' gebremst werden und sich dann nach dem Knick wieder mit der Dampfphase in einer turbulenten Mischzone vermischen. Hierdurch ergeben sich hohe Gleitgeschwindigkeiten zwischen Dampf und Feststoff, was eine sehr viel bessere Berührung ermöglicht.

Das Anhalten der Feststoffe in dem im wesentlichen <is rechtwinklig abgehenden Bereich führt auch zu einer Ansammlung von festem Katalysator an dieser Stelle; diese Anreicherung wirkt als Schutzschild gegen eine weitere oder stärkere Erosion in der Zufuhrsteigleitungswand am abgeknickten Ende, da die im Dampf suspendierten festen Katalysatoren nur auf die in der rechtwinkligen Abknickung angesammelten Katafysatorteilchen auftreffen, so daß sich nur Katalysatorteilchen und Katalysatorteilchen im Apparat, aber nicht Katalysatorteilchen und Behälterwand berühren, wie es bei den bislang bekannten Zufuhrsteigleitungen mit allmählich gebogenen Leitungsbereichen der Fall ist

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Zufuhrsteigleitung, die über ein rechtwinklig abgebogenes Leitungsstück in das Reaktionsgefäß führt,

F i g. 2 bis 4 verschiedene Abwandlungen des winklig abgebogenen Leitungsteils,

F i g. 5 eine Darstellung analog F i g. 1 unter Verwendung einer konventionellen Zufuhrsteigleitung.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung wird regenerierter Katalysator aus der Regenerierzone eines üblichen katalytischen Cracksystems mit frischem Katalysator gemischt und durch die Eintrittsöffnung 1 in die Zufuhrsteigleitung eingeführt. Der Katalysator wird mit der flüssigen oder teilweise flüssigen und manchmal auch vollständig verdampften Einsatiflüssigkeit, die über die Zutrittsöffnungen 3 eingeführt wird, vermischt, worauf die Mischung nach oben durch die Zufuhrsteigleitung 2 oder die Steigkammer 2 weitergeführt wird.

Bei dem hier zur Erläuterung betrachteten katalytischen Cracken von Erdöl herrscht in der Zufuhrsteigleitung eine Temperatur von 420 bis 620 und vorzugsweise von 480 bis 555°C bei einer Gasgeschwindigkeit von 2 bis 25 m/sec und vorzugsweise 2,5 bis 15m/sec und ferner ein Druck im Bereich von 0,56 bis 4,22 und vorzugsweise von 1,05 bis 3,15 kg/cm², während die Raumströmungsgeschwindigkeit von Kohlenwasserstoff je Stunde zu Katalysator-Rückhalt (Katalysatorgewicht) in der Zufuhrleitung in einem Bereich von 10 : 1 bis etwa 300 :1 und vorzugsweise im Bereich von etwa 20 :1 bis etwa 150 :1 liegt, während das Gewichtsverhältnis von Katalysator zu öl in einem Bereich von etwa 4:1 bis 20 : 1, vorzugsweise in einem Bereich von 6 : 1 bis 12 : 1 liegt.

Die Zufuhrsteigleitung 2 hat ein Längen/Durchmesserverhältnis von 2,5 :1 bis 100 : 1 und vorzugsweise im Bereich von 4 :1 bis etwa 10:1.

Als Einsatzmaterial wird vorzugsweise ein Gas/Ölkohlenwasserstoff-Gemisch verwendet, wie es aus dem rohen Erdöl erhalten wird; selbstverständlich können auch andere Gas/Öl-Fraktionen verwendet werden. Das beim Cracken erzeugte Schweröl oder die nicht umgewandelten Anteile des Einsatzmaterials können ein Bestandteil des Einsatzmaterials bilden. Ferner ist vorgesehen, daß die beim thermischen Cracken anfallenden Gasöle der erfindungsgemäßen Anlage zugeführt werden können. Ferner ist vorgesehen, daß Rückstände von Rohölfraktionen als Einsatzmaterial verwendet werden können. Gemäß der Erfindung können als Kohlenwasserstoffe alle Ausgangsmaterialien verwendet werden, die zur Zeit sowohl beim thermischen als auch katalytischen Cracken eingesetzt werden. Diese zahlreichen Einsatzprodukte können auf übliche Weise erhitzt und teilweise verdampft und dann ir die Zufuhrsteigleitung 2 eingeführt werden, wo das Einsatzmaterial dann vollständig durch die vom Katalysator mitgeführte Wärme verdampft wird.

Als Katalysator kann jeder zum katalytischen Cracken geeignete Katalysator verwendet werden, wie

u. a. synthetische Aluminiumoxide, Mischungen von anorganischen Oxiden, wie z. B. Kieselsäure/Tonerde und kristalline Aluminiumsilikate auf Zeolithbasis, die vorzugsweise in einer Kieselsäure/Tonerde-Matrix eingeschlossen sind.

Die Suspension aus Katalysator und Kohlenwasserstoffdampf steigt dann durch die Zufuhrsteigleitung nach oben, bis sie an die obere Stirnfläche dieses Steiggefäßes 4 gelangt. Hier verringert sich die Geschwindigkeit des im Dampf suspendierten Katalysators, und es bildet sich im oberen Bereich des Steiggefäßes ein Katalysatorkissen. Hierdurch wird überraschenderweise eine Verringerung der Erosion des Katalysators an den Wänden des Steiggefäßes erreicht. Die Suspension von Katalysator in Dampf wird dann wieder in einer Richtung hoirzonta! zur ursprünglichen Strömungsrichtung beschleunigt und bewegt sich aus der Steigkammer in die horizontale Leitung 5. Hier entsteht eine turbulente Strömung, die eine bessere Vermischung des Katalysators mit den Kohlenwasserstoffdämpfen hervorruft. Diese bessere Vermischung führt wieder zu einem besseren Kontakt zwischen Katalysator und Einsatzmaterial, wodurch die Wirksamkeit des Verfahrens erhöht wird.

Um die gewünschte Abbremsung der Katalysatorsuspension in dem Dampf in dem Zufuhrsteiggefäß zu ermöglichen, muß die horizontale Leitung 5 mindestens einen scharfen Winkel von 90° gegenüber der Steigleitung 2 bilden. Man kann auch einen etwas größeren Winkel vorsehen, so daß die Leitung 5 nach unten gerichtet ist. Demzufolge sind also Winkel im Bereich von etwa 90 bis 135° und vorzugsweise im Bereich von 90 bis 105° zwischen Steigleitung 2 und horizontaler Leitung 5 zu verwenden. Die Verbindung zwischen dem senkrechten und dem horizontalen Teil des Steiggefäßes soll so ausgebildet sein, daß keine Gehrung an der Verbindungsstelle auftritt, d. h., daß zwei gerade Rohrabschnitte miteinander längs einer Ebene verbunden werden, welche durch die Achsen jeder der beiden Abschnitte der Zufuhrleitung führt. Diese Verbindungsebene ist senkrecht zu der Ebene, welche durch die Mittellinie jeder Zufuhrsteigleitungsabschnitte führt. Ein Beispiel einer derartigen Verbindung ist in F i g. 2 gezeigt.

Die Verbindungen der beiden Abschnitte können längs zweier Ebenen erfolgen, die jeweils rechtwinklig zueinander stehen. Diese Verbindung ist im wesentlichen eine T-förmige Verbindung, wo ein Ende an der Oberseite des T entweder mit einer Kappe verschlossen, wie es in F i g. 3 bei 4 gezeigt ist, oder wo eine Füllung aus feuerfestem Material gebildet ist, die eine Verbindung zwischen zwei geraden Rohren bewirkt, wie es in Fig.4 gezeigt ist. Wesentlich ist bei der Verbindung, daß keine gebogenen Abschnitte oder Gehrungen zwischen den senkrechten und waagerechten Abschnitten des Steiggefäßes bestehen. Wenn eine T-förmige Verbindung benutzt wird, so kann der Abschluß aus feuerfestem Material oder aus Metall eine gerade Fläche sein, die im wesentlichen horizontal verläuft; der Abschluß kann aber auch so ausgebildet sein, daß er wie eine Verlängerung der oberen Hälfte der horizontalen Leitung in Richtung auf die senkrechte Leitung aussieht

Die innige Mischung aus Katalysator und Kohlenwasserstoffdampf wird dann über den Zufuhrkonus 7 in den Fließbettcrackreaktor 6 eingeleitet. In diesem Bereich erfolgt eine weitere Umsetzung, und der Katalysator wird dann von dem Endprodukt abgetrennt, während

s nichtumgesetztes Einsatzmaterial auf übliche Weise abgetrennt wird. Das Reaktionsgefäß 6 besitzt mehrere Abstreifbleche 8, welche den nach unten ablaufenden Katalysator von mitgerissenem Kohlenwasserstoffmaterial durch einen nach oben gerichteten Dampfstrom

ίο befreien. Die Verwendung einer horizontalen Leitung 5 in der Steigleitung führt zu einer Ausbildung, die irgendwelche Störungen mit der Strömung durch die Abstreifbereiche 8 äußerst klein hält. Der gebrauchte Katalysator bewegt sich nach unten durch das Reaktionsgefäß 6 und wird dann auf übliche Weise in eine Regeneriervorrichtung gebracht.

Bei der in F i g. 5 gezeigten konventionellen Zufuhrsteigleitung ist der Strom der Katalysatorteilchen mit Pfeilen und der der Kohlenwasserstoffdämpfe mit gestrichelten Pfeilen angezeigt. Die konventionelle Steigleitung 10 hat einen Eintritt für den Katalysator über die Leitung 11, der dann mit dem über die Eintrittsöffnungen 12 zugeführten flüssigen Material oder den Dämpfen vermischt wird. Das Einsatzmaterial wird sofort verdampft. Die Zufuhrsteigleitung enthält zwei etwa um 45° gebogene Winkelstücke bei 13 und 14. Diese Biegungen können aus mehreren gegehrten Rohrabschnitten oder aus gebogenen Rohrstücken bestehen. Der Gesamtwinkel jeder Biegung, d.h. die Richtungsänderung in der Zufuhrsteigleitung zwischen den senkrechten und den gebogenen Abschnitten, liegt zwischen mindestens 15 oder maximal 60°.

Das Strömungsbild der in den Dämpfen suspendierten Katalysatorteilchen zeigt bei diesen bekannten Zufuhrsteigleitungen, daß sich der Katalysator nicht mit der Dampfphase vermischt, sondern daß im Gegenteil eine vollständige Abtrennung von Katalysator in einen Materialstrom im oberen Wandbereich der Leitung einen Dampfstrom im unteren Bereich der Leitung auftritt. Diese beiden Ströme kreuzen sich im Bereich der Biegung 14 bei einem Mindestmaß von Turbulenz, und der Katalysator fließt zur anderen Seite des Reaktionsgefäßes. Natürlich wird durch eine derartige Führung der Materialströme die Wirksamkeit des Crackens erheblich geringer sein, da zwischen Katalysatorteilchen und Kohlenwasserstoffdämpfen ein schlechter Kontakt besteht. Die im wesentlichen unvermischten Phasen aus Katalysator und Kohlenwasserstoffdampl strömen dann durch den Zufuhrtrichter 15 in das Reaktionsgefäß 16 einer üblichen Crackanlage. Die Verwendung flachwinklig abgebogener Rohre in dei Steigleitung 10 ergibt außerdem eine Störung bei dei Arbeitsweise der Abstreifbleche 17. Die im Abstreife! nach oben gerichteten Dämpfe werden an die Seite dei Abstreifvorrichtung gedrückt die gegenüber derr Eintritt der Zufuhrsteigleitung liegt. Hierdurch erfolgi ein schlechtes Abstreifen in der Zone und in deir Bereich der Abstreifvorrichtung, die oberhalb dei Eintrittsstelle der Zufuhrleitung liegt Demgegenüber isi die Anordnung gemäß Erfindung weitaus zweckmäßiger, und zwar auch wegen der äußerst geringer Störung bei dem Abstreifen im Bereich der Abstreifbleche im Reaktionsgefäß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Fließbett-Crackvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen verlängerten, im wesentlichen senkrechten Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor (2) besitzt, der Einlasse (3) für das flüssige Einsatzmaterial und Zufuhröffnungen (1) für die Zufuhr des Katalysators besitzt und Austrittsöffnungen aufweist, und daß neben dem ι ο Zufuhrsteigleitungsreaktor ein Fließbett-Crackreaktor vorgesehen ist und eine Leitung (5), welche die Austrittsseite des Zufuhrleitungs-Crackrcaktors mit der Eingangsseite des Reaktorgefäßes (6) verbindet, und daß diese Leitung so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie eine scharfwinklige Biegung von mindestens 90° gegenüber der senkrechten Achse des Zufuhi^-steigleitungs-Crackr°aktors bildet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt der fluiden Katalysatormischung der Leitung (5) in Verbindung mit einem Zufuhrkonus (7) im Crackreaktorgefäß steht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfe Biegung im Bereich von 90 bis 135° liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor ein Längen/Durchmesser-Verhältnis von 2,5 :1 bis etwa 100 :1 hat.

5. Verfahren zum katalytischen Cracken von kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) einen festen Crackkatalysator mit Dämpfen des Einsatzmaterials zu einer Suspension des Katalysators im Dampf mischt,

b) die Suspension nach oben durch einen verlängerten senkrechten Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor unter Kohlenwasserstoff-Crackbedingungen leitet,

c) die Suspension in dem oberen Bereich des Reaktors abbremst und

d) die Suspenstion in einer im wesentlichen waagerechten Richtung wieder beschleunigt in ein Fließbett-Crackreaktionsgefäß leitet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenwasserstoff ein zum Fließbett-Crackverfahren geeignetes Erdölmaterial verwendet und daß bei Temperaturen von 420 bis 620° C, mit einer Gasgeschwindigkeit im Bereich von 2 bis 25 m/sec, einem Druck im Bereich von 0,5 bis 4,3 kg/cm², einer Raumströmungsgeschwindigkeit von Kohlenwasserstoff je Stunde zu Katalysator-Rückhalt im Zufuhrsteigleitungs-Crackreaktor im Bereich von 10:1 bis 300 :1 und einem Gewichtsverhältnis von Katalysator zu öl im bereich von 4:1 bis 20 :1 gearbeitet wird.