Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Veredeln eines Zulaufs oder einer Beschickung für
eine Kohlenwasserstoffbehandlung, welche Beschickung gasförmige Bestandteile und flüssige
Bestandteile aufweist, welche im Gegenstrom zu einem Wanderbett aus katalytischen Partikeln fließt. Sie
betrifft insbesondere ein Veredeln von Kohlenwasserstoffen, welche metallorganische Bestandteile oder
Metallbestandteile enthalten, die einen Katalysator kontaminieren und/oder dazu neigen, Conradson-
Kohlenstoff, wie z.B. Teersande, Kohle; Schiefer und dergleichen, zu bilden, so daß der Katalysator
kontinuierlich oder intermittierend zugeführt und entfernt werden muß, um eine katalytische
Umwandlung und eine Entfernung von Kontaminantien aus den Kohlenwasserstoffbestandteilen der Beschickung
aufrechtzuerhalten.
Aufgabe der Erfindung
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Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, ein Verteilungssystem für eine einheitliche
Beschickung zur Verfügung zu stellen, um einen Strom eines Kohlenwasserstoffluids, welches
metallische Bestandteile, wie z.B. metallorganische Verbindungen, und/oder inerte Materialien, welche
Katalysatorpartikel inaktivieren oder kontaminieren, gezielt zu veredeln. Eine solche einheitliche Verteilung der
Kohlenwasserstoffbeschickung fließt gegen ein sich absenkendes Bett aus Katalysatorpartikel als ein
erwärmter Strom bei Temperaturen und Drucken, so daß sich leichtere Kohlenwasserstoffbestandteile
oder Wasserstoff als Gasbestandteile entwickeln, wenn er in das Reaktionsgefäß eingebracht wird.
Gemäß der Erfindung werden solche gebildeten gasförmigen Bestandteile als Gasreservoir oder
Gastasche oderhalb eines Reservoirs von flüssigen Bestandteilen abgetrennt. Beide Bestandteile werden
dann gleichförmig und gezielt in das nach unten fließende Katalysatorbett eingebracht. Eine
gleichförmige und gezielte Verteilung wird erhalten, indem ein gemeinsames Zuführvolumen der gasförmigen und
flüssigen Bestandteile gebildet wird, so daß die Gasbestandteile zum unteren Ende des Wanderbetts aus
den Katalysatorpartikeln durch eine geneigte Verteilungsoberfläche in der Form eines Konus Zugang
haben. Der Konus wird im unteren Teil des Gefäßes getragen, um einen Katalysatorsammelbunker zu
bilden, um gebrauchten Katalysator aus dem Bett zu entfernen. Die Gasverteilung zum Boden der
geneigten Oberfläche geschieht durch eine Vielzahl von Löchern, die in verschiedenen Höhen gebildet
sind, jedoch gemäß der Erfindung proportioniert sind, so daß der Gasfluß in das Bett im wesentlichen
einheitlich ist, und zwar unabhängig von der Lochhöhe oder der Höhe der
Flüssigkeitsbeschickungsrohre, welche das gemeinsame flüssige Reservoir mit dem Katalysatorbett durch die geneigte Oberfläche
verbinden.
Hintergrund der Erfindung
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Während der letzten paar Jahre hat das Angebot an hochqualitativen Rohölen abgenommen und
ist der Preis von einfach zu raffinierenden Ölen beträchtlich gestiegen. Häufig müssen Lieferanten von
hochqualitativen Rohstoffen große Volumina von weniger zweckmäßigen Rohstoffen kaufen, wie z.B.
solche, die Metallkontaminantien oder metallorganische Kontaminantien enthalten, oder schwere
Rohöle. Ferner erfordert eine Behandlung von Rohölen, die als "synthetische" Rohstoffe aus Schiefer,
Kohle, Teersanden oder anderen Ölen geringer Schwere hergestellt werden, eine Dekontaminierung der
schwereren Bestandteile und/oder der Metallbestandteile und der inerten Stoffe, um einen Rohstoff
herzustellen, der in herkömmlichen Hydroverarbeitungsanlagen, die zum Raffinieren qualitativ
hochwertiger Rohstoffe verfügbar sind, auf einfache Weise verarbeitet werden kann. Unter den synthetischen
Rohstoffen und Teeren beispielsweise ist ein gemeinsames Charakteristikum ihr hoher Endsiedepunkt,
ihre hohe Viskosität und ihr hoher Gehalt an Metallen, Stickstoff und Schwefel. Einige schwere
Erdölrohstoffe enthalten auch Nickel, Vanadium und Eisen in ausreichenden Mengen, daß sie alle
stromabwertigen Raffinierungsprozesse verschmutzen und kontaminieren. Während verschiedenste
Anordnungen zum Umsetzen solcher Rohstoffe schlechter Qualität einschließlich Entmetallisierung,
Entschwefelung, Hydrocracking, Hydrierung und Dehydrierung vorgeschlagen wurden, werden solche
Prozesse grundsätzlich in katalytischen Festbettreaktoren durchgeführt. Solche Reaktoren erfordern eine
häufige Regenerierung, um die Aktivität des Katalysators aufrechtzuerhalten. Ein Beispiel eines solchen
Systems zum Behandeln von Rohstoffen mit einem relativ geringen Metallgehalt ist im U.S.-Patent
3826737 für Pegels et al., ausgegeben am 30. Juli 1974, gezeigt. Es wird angegeben, daß der
geoffenbarte Entmetallisierungsreaktor für einen Gegenstromfluß oder für einen Gleichstomfluß des
Katalysators und der Beschickung geeignet ist, obwohl das Patent hauptsächlich auf einen Gleichstrombetrieb
gerichtet ist. Ein System, welches einen Gegenstrombetrieb offenbart, ist im U.S.-Patent 3882015 für
Carson, ausgegeben am 6. Mai 1975 gezeigt. Dieses Patent offenbart einen Einheitsvielstufenreaktor für
ein Gegenstromumsetzen eines Fluidstroms mit Katalysatorpartikel. Das System ist jedoch
hauptsächlich für Reaktionen, an denen eher leichte Naphthakohlenwasserstoffe als Rohöle beteiligt sind.
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Reaktionsschemata und -katalysatoren, die für katalytische Veredelungsverfahren mittels
Entmetallisierung, Entschwefelung, Hydrocracking, Hydrierung oder Denitrogenierung vorgeschlagen
werden, beinhalten typischerweise das Behandeln von Restölen, welche Kontaminationspegel aufweisen,
die relativ viel niedriger sind als jene der schweren und synthetischen Rohstoffe oder Teere, die oben
diskutiert sind. Das U.S.-Patent 3,826,737 für Pegels et al., ausgegeben am 30. Juli 1974, offenbart ein
kontinuierliches Verfahren und eine Anlage zum katalytischen Behandeln von Restölen. Es wird
geoffenbart, daß das Verfahren eine Beschickung verarbeitet, welche einen Gesamtmetallgehalt von
weniger als 65 Gew.-ppm aufweist. Es wird behauptet, daß der geoffenbarte Entmetallisierungsreaktor
entweder für Gegenstrom- oder für Gleichstrombetrieb geeignet ist, obwohl das Patent hauptsächlich
auf Gleichstrombetrieb gerichtet ist. Das U.S.-Patent 3,882,015 für Carson, ausgegeben am 6. Mai
1975, offenbart ein Einheitsvielstufenreaktionssystem zum Kontaktieren eines Fluidreaktantenstroms
mit Katalysatorpartikel im Gegenstrom, und zwar hauptsächlich für Reaktionen, an den leichte
Naphthakohlenwasserstoffe beteiligt sind.
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Wie oben erwähnt, betreffen die meisten Verfahrensschemata, die sich auf eine Entschwefelung
und auf eine Entmetallisierung schwer kontaminierter Rohstoffe beziehen, falls sie keinen
Festbettbetrieb betreffen, einen Gleichstrom-Wanderbettbetrieb. Bei einem solchen Betrieb fließen die
Beschikkung und der Katalysator beide in der gleichen Richtung durch den Reaktor. Beispiele für diese
Schemata sind: U.S.-Patent 3,730,880 für Van der Toorn et al., ausgegeben am 1. Mai 1973 -
Entschwefelung von Restöl in einem intermittierenden Gleichstrom-Wanderbett; U.S.-Patent 3,880,598 für
Van der Toorn et al., ausgegeben am 29. April 1975 - Hydroentschwefelung von Restöl bei einem
intermittierenden Gleichstrom-Wanderbettbetrieb; U.S.-Patent 4,312,741 für Jacquin, ausgegeben am
26. Jänner 1982 - Umwandlung von Kohlenwasserstoffen oder bituminösem Schiefer in der flüssigen
Phase in halbstationären oder sprundelnden Betten mit einem intermittierenden
Katalysatorgleichstromfluß.
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Ein Festbett und Gleichstrom-Wanderbette sind einfacher zu gestalten als
Gegenstrom-Wanderbette. Die Einfachheit des Betriebs von Gleichstrom- im Gegenstand zu Gegenstrom-Wanderbetten wird
in der Literatur diskutiert, welche eine große Anzahl an Reaktionsschemata, Anlagen und Verfahren
zum Zugeben und Entfernen von Katalysatoren und Reaktanten in diesen Verfahren offenbart. Einige
Beispiele dieser Offenbarungen sind: U.S.-Patent, 2,956,010 für Bruckner, ausgegeben am 11. Oktober
1960 - Verfahren und Anlage für die Zuführung eines Reaktanten und von Kontaktmaterial zu sich
bewegenden Massen von Granulatkontaktmaterialien; U.S.-Patent 3,336,217 für Meaux, ausgegeben
am 15. August 1967 - Verfahren und Anlage zum intermittierenden Entnehmen von partikulären
Katalysatoren aus dem Bett eines Hochdruck- und Hochtemperaturreaktors; U.S.-Patent 3,547,809 für
Ehrlich et al., ausgegeben am 15. Dezember 1970 - ein Verfahren zur Zugabe und Entnahme von
Feststoffen aus einem Hochdruckreaktionsgefäß durch Verwendung eines unter Druck stehenden,
flüssigen Transfermediums; U.S.-Patent 3,785,963 für Boyd et al., ausgegeben am 15. Jänner 1974
- Entnahme von gleichförmigen Mengen an Feststoffen aus einem bewegbaren Bett von Feststoffen
mittels eines Systems, welches eine Vielzahl von Leitungen umfaßt, die über die
Feststoffquerschnittsfläche gleich beabstandet sind; U.S.-Patent 3,849,295 für Addison, ausgegeben am 19. November 1974
- Entnahme von Katalysatoren aus Wanderbett-Reaktorsystemen, welche einen schlechten
Katalysatorfluß aufweisen, der Problemen mit flüssigen Reaktanten oder einer Katalysatoragglomerierung
zuzuschreiben ist; U.S.-Patent 3,856,662 für Greenwood, ausgegeben am 24. Dezember 1974 -
Feststoffentnahme und Transportgefäße und -verfahren zur Verwendung in Systemen mit superatmosphärischem
Druck, U.S.-Patent 4,188,283 für Czajkowski et al., ausgegeben am 12. Februar 1980 - Methode zum
Anfahren von Wanderbettreaktoren, die beim Hydrieren von Olefin-enthaltenden Kohlenwasserstoffen
verwendet werden.
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Das U.S.-Patent 3,910,834 für Anderson, ausgegeben am 7. Oktober 1975. offenbart ein
Verfahren, in welchem eine Feststoff-enthaltende Beschickung, die von Ölschiefer oder Teersanden
stammt, im Gegenstrom oder im Gleichstrom durch einen Wanderbettreaktor in einem zweifachen
Funktionssystem geleitet wird, welches gleichzeitig die Feststoffe ausfiltriert und die Beschickung
hydrierend verarbeitet. Der Katalysator wird durch den Reaktor bewegt, indem ein zweckmäßiger
Druckabfall im Katalysatorbett und eine zweckmaßige Feststoffiltrationsrate gehalten werden. Der
Gegenstromfluß der synthetischen, Feststoff-enthaltenden Beschickung und des Katalysators ist als eine
bevorzugte Betriebsart geoffenbart. Das Patent lehrt, daß ein Gegenstromfluß ein Entkommen von
filtriertem, partikulärem Material, wenn sich das Katalysatorbett bewegt, verhindert wird.
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Andere Reaktionsschemata für Entmetallisierungsverfahren beinhalten die Verwendung von
sprudelnden oder fluidisierten Betten. In einem Sprudelbett fließt ein flüssiges oder gasförmiges
Material durch ein Gefäß, welches eine Masse fester Partikel enthält, nach oben. Die Masse aus festen
Partikeln wird in statistischer Bewegung gehalten, und zwar durch die nach oben fließenden Ströme, und
der physikalische Raum, der vom Katalysatorbett beansprucht wird, ist größer ("expandiert"),
verglichen mit dem Raum, der vom Katalysatorbett beansprucht wird, wenn kein Material durchfließt, oder
mit einer Reaktionszone vom Festbettyp oder vom Wanderbettyp. Diskussionen von
Sprudelbettreaktionszonen und ihren Charakteristika können in RE 25.770 des U.S.-Patentes 2,987,465 für Johanson,
ausgegeben am 6. Juni 1961, sowie im U.S.-Patent 3,901,792 für Wolk et al., ausgegeben am 26.
August 1975 - Entmetallisierung und Entschwefelung roher oder atmosphärischer Restöle unter
Anwendung eines Sprudelbettes, und im U.S.-Patent 4,217,206 für Nongbri, ausgegeben am 12. August
1980 - Katalytisches Entmetallisieren venezolanischer Rohöle unter Anwendung von Festbetten und
vorzugsweise von Sprudelbetten, gefünden werden.
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Die Nicht-Patent-Literatur offenbart auch ein Veredeln schwerer, kontaminierter Öle. Zum
Beispiel beinhaltet LC-Fining, beschrieben in "Hydrocarbon Processing", Seite 107, Mai 1979, die
Verwendung eines Spudelbettreaktors. Über die Sprudelbettgestaltung oder die Gestaltung eines
expandierten Bettes wird geoffenbart, daß sie gestattet, daß sehr schwere Rohstoffe ohne Abschaltung der
Einheit bei Katalysatorersatz verarbeitet werden können. Das H-OIL-Verfahren, wie in "Hydrocarbon
Processing", Seite 112, September 1980, beschrieben, verwendet ein Sprudelbett mit einer On-Stream-
Katalysatorzugabe und -entnahme, um Beschickungen mit hohem Gehalt an Metallen und Schwefel zu
veredeln. Das Shell-Bunker-Flußverfahren, wie im Oil and Gas Journal, Seite 120, 1. Dezember 1980
beschrieben, beinhaltet einen intermittierenden Gleichstromfluß, wie in den Patenten von Pegels und Van
der Toorn die oben diskutiert werden, beschrieben.
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Obgleich bekannt ist, daß Gegenstrom Wanderbette für Entmetallisierungs- und
Entschwefelungsreaktionen brauchbar sind, sind die Probleme eines Gegenstromflußes von Katalysator zur
Flüssigkeit und zum Gas, insbesondere Wasserstoff, im Gegensatz zu einem Gleichstrombetrieb oder sogar
zu einem Festbettbetrieb nicht gelöst, um einen praktischen Betrieb zu ermöglichen. Durch Anwendung
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann ein solches, langsam im Gegenstrom wanderndes
Katalysatorbett mit einem verbesserten Kontakt von Gas und Flüssigkeit und zugleich einer
progressiven Verbesserung in der Kontaktqualität von sowohl dem frischen oder regenerierten Katalysator mit
den leichteren Bestandteilen erzielt werden. Ferner wird ein großer Teil von Kontaminantien mit dem
verbrauchten Katalysator entfernt.
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In Abwärtsflußreaktoren neigen die Feststoffe dazu, zusammenzupacken und Verstopfungen zu
bilden, falls die flüssige Beschickung Feststoffe enthält. Das Problem wird ferner erschwert, falls der
Beschickungsstrom aus Gasen sowie aus Feststoffen und Flüssigkeiten zusammengesetzt ist.
Dementsprechend werden Aufwärtsflußreaktoren üblicherweise in Kohleverflüssigungssystemen angewendet,
wie z.B. das Verflüssigungsverfahren, welches im U.S.-Patent Nummer 4,083,769 für Hildebrand et al.,
ausgegeben am 8. April 1978, geoffenbart ist. Wie dort gelehrt wird, werden Wasserstoff, zerkleinerte
Kohle und Lösungsmittel vorgewärmt und zu einem Löser geleitet, worin die Kohle im wesentlichen bei
einer Temperatur im Bereich von 750-900ºF (379º-482ºC) und bei einem Druck im Bereich von 3.100-
5.000 psi (217 kg/cm²-350 kg/cm²) gelöst wird. Der Löser ist ein leeres Aufwärtsflußreaktorgefäß,
welches genügend Verweilzeit für die Auflösung der zerkleinerten Kohlepartikel bietet. Lösungsmittel,
gelöste Kohle, Kohlerückstand und Wasserstoff aus dem Löser werden dann zu einem katalytischen
Aufwärtsflußhydrierungsreaktor geleitet, der bei einer niederen Temperatur, sagen wir 25º-150ºF
(13,9º-83,3ºC) niedriger als der Löser, arbeitet.
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Da der Wasserstoff mit der Kohleaufschlämmung vor dem Vorwärmschritt gemischt wird, um
ein Verkocken im Heizgerät zu vermeiden, wird wenig oder keine Kontrolle oder Steuerung auf den
Grad des Mischens von Flüssigkeit und Gas ausgeübt, welches im Löser oder im katalytischen Reaktor
auftritt. Bei einem Multiphasenfluß kann eine Gaskanalisierung und/oder ein Stoßen in diesen Geräten
auftreten. Das Auftreten eines dieser Zustände ist unerwünscht, da beide zu einem unzureichenden
Kontaktieren der Reaktanten führt und das Stoßen auch Vibrationen hervorrufen kann, welche die
Anlage beschädigen. Falls die Kanalisierung von einem unzureichenden Mischen des Gases,
insbesondere Wasserstoff, auftritt, kann ein Verkoken von entweder dem Katalysator oder dem Reaktanten oder
von beiden und ein Verschmutzen der Anlage resultieren. Ein solches Kanalisieren oder Stoßen kann
ferner durch eine Bewegung des Katalysatorbettes nach unten verstärkt werden, welche Bewegung
durch ein trichterförmiges Leiten und durch die Entfernung des Katalysators auf dem Bett induziert
werden kann.
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Es ist daher klar, daß ein Bedarf für einen Beschickungsverteiler besteht, welcher Ströme
akzeptiert, die Flüssigkeiten, Gase und Feststoffe umfassen, und die Phasen ohne Verstopfung oder ohne
Erzeugung einer übermäßigen Erosion während einer kontinuierlichen Gegenstromwanderung von
sowohl Beschickung als auch Katalysator gleichmäßig verteilt.
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Mischphasenverteiler sind im Stand der Technik bekannt, wie z.B. jene, die in den
U.S.-Patenten Nummer 3,524,731; 4,111,663; 3,146,189; 3,195,987 und 4,187,169 für Festbette geoffenbart sind.
Auch die gleichzeitig anhängige Anmeldung der U.S.-Seriennummer 278,789, eingereicht am 29. Juni
1981 für den Inhaber der vorliegenden Anmeldung, offenbart einen Aufwärtsfluß-Beschickungsstrom
mit einem Verteilungssystem, welches so angeordnet ist, daß es Flussigkeiten, Feststoffe und Gase
durch ein relativ festes Katalysatorbett zuführt. Sie offenbart nicht ein Verfahren zum Entnehmen von
Katalysator aus dem Gefäß oder eine Verwendung des Verteilers als ein Trägerbunker für ein
Katalysator-Wanderbett und um das Entfernen von Katalysatorpartikel aus dem Bett zu unterstützen.
Kurzfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zum Kontaktieren einer
Gas/Flüssigkeit- oder Gas/Flüssigkeit/Feststoff-Kohlenwasserstoffbeschickung mit einem abwärts
fließenden Bett aus frischem oder regenerierten Katalysatorpartikeln in einem Reaktionsgefäß zur
Verfügung. Ein solcher verbesserter Kontakt wird erzielt, indem eine Gastasche unterhalb des
Katalysatorbettes und oberhalb der Flüssigkeitszuführung im Reaktor gebildet wird, so daß die gasförmigen
Bestandteile der Beschickung getrennt nach oben in das Bett fließen. Die Gastasche wird in einem
unteren Teil des Gefäßes durch eine im wesentlich geneigte Beschickungsverteilungsoberfläche in der
Form eines Konus gebildet. Der konische Verteiler weist eine Vielzahl von Gasflußlöchern durch die
Verteilungsoberfläche auf, welche in verschiedenen Höhen angeordnet sind. Mindestens eine, aber
vorzugsweise ein Vielzahl von Beschickungsrohren für Flüssigkeit oder für Flüssigkeit/Feststoff
erstrecken sich in offener Verbindung zwischen einem Flüssigkeitsvolumen im Reaktorgefäß unterhalb der
Gastasche und dem Katalysatorbett-Reaktorgefäßvolumen oberhalb der geneigten Oberfläche. Die
Querschnittsfläche jedes der Gasflußlöcher in solchen Höhen und des Rohrs für den Flüssigkeitsfluß
durch den Katalysator und die Reaktanten ist so proportioniert, daß einheitliche
Beschickungsbedingungen in und über die gesamte Fläche des Reaktorbettes eingestellt und aufrecht erhalten werden. Ferner
bildet eine solche Druckkontrolle die erwünschte Gastasche unterhalb der geneigten Oberfläche. Die
Höhe einer solchen Gastasche wird zweckmäßigerweise geringer als die oder gleich der Länge der Rohre
für den Flüssigkeit/Feststoff-Fluß gehalten, so daß im wesentlichen alle gasförmigen Bestandteile, die
sich aus der Beschickung entwickeln, durch die Löcher mit praktisch gleichförmigen Raten gehen, und
zwar unabhängig von ihrer Höhe, und daß im wesentlich alle flüssigen oder flüssig/festen Bestandteile
durch die Rohre nach oben gehen, wobei der abwärts fließende Katalysator kontaktiert wird.
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Zweckmäßigerweise ist die konische Oberfläche so angeordnet, daß sich die Spitze relativ zur
Beschickung nach unten erstreckt. Auch wird die Beschickung zweckmäßigerweise quer umgelenkt,
wenn sie in das Reaktionsgefäß kommt, um zu verhindern, daß Gasblasen, die sich aus der Beschickung
entwickeln, in die Flüssigkeit/Feststoff-Beschickungsrohre in direktem Durchgang eindringen. Falls
erwünscht, kann zusätzliches Gas unabhängig in die Gastasche eingebracht werden, um ein
Gleichgewicht des Beschickungsflußes aufrecht zuerhalten.
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Katalysator wird aus dem Gefäß durch mindestens eine Leitung entfernt, die sich von einem
unteren Teil des Gefäßes durch die konische Platte nach oben erstreckt und in der Nähe der konischen
Spitze endet. Auf diese Weise kann gebrauchter Katalysator kontinuierlich oder periodisch vom
Katalysator-Wanderbett ohne wesentliche Störung der Beschickungs-Gleichgewichtsbedingungen,
welche sich in der Gastasche einstellen, entnomnen werden. In einer Form endet das Katalysator-
Entnahmerohr an einem Niveau unterhalb jedes der Gaslocher in der geneigten Oberfläche.
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In anderer Hinsicht ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Veredeln eines
Kohlenwasserstoffstroms gerichtet, welcher metallische Bestandteile und/oder inerte Materialien enthält, welche
Kontaminantien für die Reaktion sind oder die Katalysatorpartikel kontaktieren. Sie beinhaltet auch ein
Leiten des Kohlenwasserstoffstroms nach oben in den unteren Teil eines Reaktionsgefäßes bei
Temperatur-
und Druckbedingungen, welche gestatten, daß gasförmige Bestandteile aus dein Strom sich
entwikkeln, wodurch ein gemeinsames Flüssigkeitszuführ- und Gaszuführvolumen unterhalb eines Bettes von
sich absenkenden Katalysatorpartikeln gebildet wird. Die Katalysatorpartikel fließen im Gegenstrom
durch einen nach oben fließenden Strom aus sowohl den flüssigen als auch den gasförmigen Volumina
der gasförmigen, flüssigen und/oder festen Kohlenwasserstoff-hältigen Materialien nach unten, welche
Materialien solche metallische Bestandteile und/oder inerte Materialien enthalten. Solche Volumina
werden zwischen dem unteren Ende des Reaktionsgefäßes (oder unterhalb eines Katalysatorbettes in
einem Mehrbettreaktor) und einem konischen Trägerelement für das sich absenkende Bett aus
Katalysatorpartikel gebildet. Eine Vielzahl von Löchern wird in verschiedenen Höhen im konischen Träger
gebildet, und mindestens eines der Löcher ist mit einem Rohr verbunden, welches sich durch das
gasförmige Zuführvolumen im gemeinsamen Volumen nach unten in die Flüssigkeitszuführung
erstreckt. Auf diese Weise ist der flüssige oder flüssig/feste Teil der Beschickung in offener fluider
Verbindung mit dem Bett aus Katalysatorpartikeln, die von der geneigten Oberfläche getragen werden.
Die restlichen Löcher im konischen Träger stellen Durchgänge für den Gasfluß in die
Katalysatorpartikel zu Verfügung. Jedes der anderen Löcher ist hinsichtlich der Flüssigkeitsflußfläche des einen oder der
mehreren Rohre und der anderen Durchgangswege so dimensioniert, daß eine gleichförmige Dispersion
sowohl der gasförmigen Bestandteile als auch der flüssigen Kohlenwasserstoff-hältigen Bestandteile in
das sich absenkende Bett aus Katalysatorpartikel aufrecht erhalten wird.
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In einer besonders wichtigen Anwendung der vorliegenden Erfindung wird Katalysator dem
oberen Ende des Reaktors dem sich langsam bewegenden Bett kontinuierlich zugegeben, und
verbrauchter Katalysator wird kontinuierlich entnommen. Der inaktivierte Katalysator wird aus dem Reaktor
entnommen, nachdem er auf einen wesentlich niedrigeren Aktivitätspegel als ein akzeptabler
durchschnittlicher Minimumaktivitätspegel des gesamten Katalysatorbettes inaktiviert worden ist. Dies gestattet eine
effizientere und vollständigere Anwendung der Katalysatoraktivität, z.B. seiner Metallkapazität, für
solche Beschickungsveredelungsfünktionen, wie eine Entmetallisierung.
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Mit "Wanderbett", wie hier verwendet, ist eine Reaktionszonenkonfiguration gemeint, in
welcher ein Katalysator einem Ende eines Katalysatorbettes auf intermittierende oder im wesentlichen
kontinuierliche Weise zugegeben und am anderen Ende in einer intermittierenden oder im wesentlichen
kontinuierlichen Weise entnommen wird. Vorzugsweise wird Katalysator am oberen Ende der
Reaktionszone zugegeben und am Boden entnommen. Der Ausdruck "Wanderbett", wie er hier verwendet
wird, ist nicht der gleiche wie "fluidisiertes Bett", "sprudelndes Bett" oder "expandiertes Bett". In
fluidisierten Betten ist die Flußrate von Fluiden relativ zu den Partikeln des Katalysators schnell genug,
so daß sich der Katalysator wie ein Fluid verhält, mit Partikeln, die durch das Bett zirkulieren oder
sogar mit den Produkten aus dem Bett getragen werden. Sprudelnde oder expandierte Bett sind
fluidisierten Betten sehr ähnlich, außer daß die relative Flußrate der Fluide nicht ganz so groß und das
Ausmaß der Katalysatorbewegung innerhalb der Reaktionszone nicht ganz so groß ist. Der typische
Sprudelbettreaktor besitzt eine Masse aus festen Partikeln, deren Gesamtvolumen im Reaktionsgefäß
mindestens 10 Prozent großer ist, wenn Beschickung durchfließt, verglichen mit der stationären Masse,
wenn keine Beschickung durchfließt. Obwohl die Partikel im Bett nicht notwendigerweise zirkulieren,
als ob sie Fluide wären, sind sie voneinander getrennt und bewegen sich statistisch.
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In dem Typ Wanderbett, auf welches das vorliegende Verfahren gerichtet ist, sind die
Katalysatorpartikel im Bett praktisch miteinander im Kontakt. Das Katalysatorbett wird nicht signifikant
expandiert, wenn das Fluid oder die Beschickung durchgeleitet wird. Es besitzt im wesentlichen den
Charakter eines Festbettes, außer bei der Zugabe und Entnahme von Katalysator. In einem größeren
Reaktor wird weniger Katalysator während des Betriebs zugegeben werden müssen, aber die
Kapitalkosten des Reaktionsgefäßes werden viel größer sein. Andererseits wird in einem kleinen Reaktor
mehr Katalysator während des Betriebs ersetzt werden müssen, aber die Kapitalkosten des Reaktors
werden viel niedriger sein. Unter den anderen Faktoren, welche aufeinander abgestimmt werden müssen,
sind die Entmetallisierungskapazität des verwendeten Katalysators, der Metallgehalt der in die
Reaktionszone eingebrachten Beschickung und das gewünschte Ausmaß der Entmetallisierung.
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Es können eine intermittierende oder kontinuierliche Katalysatorzugabe oder -entnahme
angewendet werden. Katalysatorersatzraten können von einigen Prozent Charge pro Tag bis einige
Prozent Charge pro Woche reichen, und zwar in Abhängigkeit von der Reaktorgröße, der
Katalysatormetallkapazität, der Beschickungsrate und der Beschickungszusammensetzung.
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Unerwünschte Metalle, welche in Kohlenwasserstoff-hältigen Beschickungen oft vorhanden
sind, sind insbesonders Nickel, Vanadium, Arsen und Eisen. Diese Metalle inaktivieren herkömmliche
Festbettkatalysatoren, wie z.B. Katalysatoren zur hydrierenden Verarbeitung, und inaktivieren auch
FCC-Katalysatoren schnell und irreversibel, wenn Beschickungen mit hohen Metallgehalten direkt in
herkömmliche Einheiten gegegen werden. Diese Metalle sind oft als metallorganische Verbindungen
vorhanden. Die Verwendung der Terminologie "Eisen-, Nickel-, Arsen- oder Vanadium-Verbindungen"
bedeutet diese Metalle in jedem Zustand, in wdchem sie in der Beschickung für das Verfahren der
Erfindung vorhanden sein können, und zwar entweder als Metallpartikeln, als anorganische
Metallverbindungen oder als metallorganische Verbindungen. Wo hier auf Metallmengen bezug genommen wird,
sind die angegebenen Mengen gewichtsmäßig und auf das Metall selbst bezogen.
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Für eine maximale Wirksamkeit in einem solchen Gegenstrom-Entmetallisierungsverfahren
sollte die Beschickung Pegel an unerwünschten Metallen aufweisen, die größer als etwa 150 Gew.-ppm
der Beschickung, vorzugsweise größer als etwa 200 Gew.-ppm der Beschickung und mehr bevorzugt
größer als etwa 400 Gew.-ppm sind.
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Obwohl Nickel, Vanadium, Arsen und Eisen die üblichen Metallkontaminantien sind, können
auch andere unerwünschte Metalle, wie z.B. Natrium und Kalzium, zum Metallgehalt der Beschickung
für Zwecke der Entmetallisierungsverarbeitung beitragen.
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Die Beschickung für das vorliegende Verfahren ist ein schweres Kohlenwasserstoff-haltiges Öl.
Mit "schwere" Beschickung, wie hier verwendet, ist eine Beschickung gemeint, von welcher mindestens
50 Volumsprozent oberhalb 204ºC sieden. Bevorzugte Beschickungen sind Restfraktionen und
synthetische Rohstoffe. Sie können von Rohöl, von Kohle, von Ölschiefer, von Teersandbitumen, von schweren
Teerölen und von anderen synthetischen Quellen abgeleitet sein. Das vorliegende Verfahren wird
vorteilhaft angewendet, um in hohem Ausmaß hitzebeständige und kontaminierte Bcschickungen zu
raffinieren. Diese Beschickungen sind Materialien, die in einem hohen Bereich sieden. Sie enthalten
vorzugsweise eine wesentliche Fraktion, die oberhalb 343ºC siedet, und besonders bevorzugt oberhalb
etwa 510ºC siedet. Die Beschickung kann praktisch frei von fein zerteilten Feststoffen sein, wie z.B.
feiner Schiefer, Sand oder dergleichen. Die Beschickung kann eine beträchtliche Konzentration (z.B. 1
Gewichtsprozent oder mehr) fein zerteilte Festoffe enthalten. Bei solchen Temperaturen wird das
richtige Mischen und die Beschickung von sich entwickelndem Gas in den Gegenstrom insbesondere
durch die getrennte Gas- und Flüssigkeitsbeschickung durch das Verteilersystem der vorliegenden
Erfindung unterstützt.
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Beim Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird ein minimaler
Durchschnittspegel an katalytischer Aktivität zum Veredeln der Beschickung für das sich im Gegenstrom bewegende
Katalysatorbett als ganzes für die einzelne katalytische Veredelungsreaktion gewählt. Für ein
Wanderbett in einem Entmetallisierungsreaktionssystem ist zum Beispiel der minimale durchschnittliche Pegel
der Veredelungsaktivität für das Katalysatorbett jener, welcher die notwendige Menge an Metallen aus
der Beschickung entfernt, wenn sie durch das Wanderbett bei Entmetallisierungsbedingungen durchgeht.
Auf ähnliche Weise entfernt bei einem Entschwefelungsreaktionsystem das Katalysatorbett die
notwendige Menge an Schwefel aus der Beschickung, wenn sie durch das Wanderbett bei
Entschwefelungsbedingungen durchgeht. Es wird den Fachleuten des Standes der Technik daher klar sein, daß der
minimale, durchschnittliche Veredelungsaktivitätspegel für das einzelne Reaktionssystem vom
erwünschten Ausmaß an Kontamination, wie z.B. durch Metalle, Schwefel, Stickstoff, Asphaltene etc.,
abhängt, welches der Raffinator aus der Schwerölbeschickung entfernen will. Das Ausmaß der z.B.
Entmetallisierung wird typischerweise von der Wirtschaftlichkeit und der stromabwärtigen
Verarbeitung, welche die schwere Beschickung durchmachen wird, vorgegeben.
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Ferner wird gemaß der Erfindung der tatsächliche Durchschnittspegel an katalytischer Verede
lungskapazität für das Katalysatorbett insgesamt gemessen. Die Messung des tatsächlichen Durch
schnittspegels an Veredelungsaktivität wird vorgenommen, indem das Ausmaß bestimmt wird, zu
welchem der Beschickungsstrom im Gegenstrom-Wanderbettsystem veredelt wird. Wenn das Veredeln
zum Beispiel eine Entmetallisierung beinhaltet, wird die Entimetallisierungsaktivität durch eine
Bestimmung der Restkonzentration an Metallen gemessen, die im Abflußstrom aus dem Wanderbettsystem
zurückbleiben. Wenn das Veredeln eine Entschwefelung beinhaltet, wird die Entschwefelungsaktivität
analog durch eine Bestimmung der Restkonzentration an Schwefel gemessen, die im Abfluß aus dem
Reaktionssystem zurückbleibt. Die gesamte Veredelungsaktivität des Bettes für andere
Veredelungsaktivitäten wird auf ähnliche Weise gemessen, indem die restliche Menge des Kontaminanten bestimmt
wird, welcher mit dem Verfahren entfernt werden soll.
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Frischer Katalysator wird in das stromabwärtige Ende des Katalysatorbettes eingebracht, und
ein korrespondierendes Volumen an inaktiviertem Katalysator wird vom stromaufwärtigem Ende des
Katalysatorbettes entfernt, und zwar mit einer Rate, welche ausreicht, den tatsächlichen
Gesamtdurchschnittspegel an katalystischer Veredelungsaktivität des Bettes insgesamt bei oder oberhalb dem
gewählten minimalen durchschnittlichen Aktivitätspegel aufrechtzuerhalten. Mit "stromaufwärtigen"
Ende des Katalysatorbettes, wie hier verwendet, ist dasjenige Ende des Wanderbettes gemeint, in
welches die schwere Kohlenwasserstoff-hältige Beschickung eingebracht wird. Mit "stromabwärtigem"
Ende des Katalysatorbettes ist dasjenige Ende des Bettes gemeint, von welchem der Verfahrensabfluß
gewonnen wird. In einem normalen Schwerkraftflußsystem wird der Katalysator zugegeben und Abfluß
am oberen Teil des Gefäßes (dem stromabwärtigen Ende) entnommen. Verbrauchter Katalysator wird
entfernt und Beschickung am Boden eingebracht (dem stromaufwärtigen Ende).
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Durch Anwendung des vorliegenden Verfahrens kann der Katalysator verwendet werden, bis er
in hohem Ausmaß inaktiv ist. Zum Beispiel kann bei einer Entmetallisierung nicht weniger als 90
Prozent der Gesamtmetallkapazität des Katalysators verwendet werden, bevor der inaktivierte
Katalysator aus dem Bett entfernt wird. Gleichzeitig wird die durchschnittliche Veredelungsaktivität des Bettes
insgesamt auf einem zweckmäßig hohem Pegel gehalten, und zwar durch die Anwesenheit von relativ
frischem Katalysator im stromabwärtigen Teil des Bettes. Im Gegensatz zu Festbettverfahren kann
Katalysator so effizient ausgenützt werden, daß der Katalysator, der aus dem Reaktor entfernt wurde,
eine durchschnittliche Aktivität besitzen kann, die wesentlich unterhalb der geringsten akzeptablen
Gesamtaktivität für das Bett insgesamt sein kann. In einem Festbettsystem muß andererseits das
Gesamtverfahren abgeschaltet und das gesamte Katalysatorbett ersetzt werden, wenn der tatsächliche
Durchschnittspegel an Aktivität für den gesamten Katalysator im Festbett die minimale akzeptable
Durchschnittsaktivität erreicht. Auf diese Weise kann viel der Metallkapazität oder einer anderer
Kapazität des Festbettkatalysators unausgenützt bleiben.
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Höhere Stundenraumgeschwindigkeiten für die Beschickung sind bei Anwendung eines
Gegenstromverfahrens wirksamer als ein Gleichstromverarbeiten mit Wanderbett. Es wird anerkannt werden,
daß der Reaktor umso kleiner und weniger teuer sein kann, je schneller eine Beschickung durch das
Katalysatorbett geleitet werden kann. Die Stundenraumgeschwindigkeit für die Beschickung ist im
vorliegenden Verfahren größer als etwa 0,5 und vorzugsweise größer als etwa 1,0.
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Eine bevorzugte Veredelungsanwendung der vorliegenden Erfindung ist die Entmetallisierung
einer Beschickung. Für eine solche Veredelung können die Temperaturen und die Drücke innerhalb der
Reaktionzone jene sein, die für eine herkömmliche Entmetallisierungsverarbeitung typisch sind. Der
Druck ist typischerweise oberhalb 300 psig (314,7 psia; 21,8 bar), vorzugsweise oberhalb etwa 500
psig (514,7 psia; 35,5 bar). Die Temperatur ist typischerweise höher als etwa 315ºC und vorzugsweise
oberhalb 371ºC. Im allgemeinen ist die Temperatur umso höher, je schneller die Metalle entfernt
werden; aber umso höher die Temperatur ist, desto weniger effektiv wird die Metallkapazität des
Entmetallisierungskatalysators ausgenützt. Während eine Entmetallisierungsreaktion bei Abwesenheit
von zugegebenem Wasserstoff ausgeführt werden kann, wird Wasserstoff in der Regel verwendet, und
eine volle und gleichmaßige Verteilung in das Wanderbett zusammen mit jeglichem Gas, welches sich
aus der Beschickung entwickelt, ist daher erforderlich.
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Katalysatoren, welche in der Gegenstrom-Veredelungsreaktionszone zum Ausführen der
Entmetallisierung verwendet werden können, sind solche, welche typischerweise für
Entmetallisierungsreaktionen verwendet
werden. Die bevorzugten Materialien besitzen üblicherweise Poren mit einem
hohen mittleren Durchmesser. Beispiele von Entmetallisierungskatalysatoren sind im U.S.-Patent
3,947,347 für Mitchell, ausgegeben am 30. März 1976; im U.S.-Patent 4,119,531 für Hopkins,
ausgegeben am 10. Oktober 1978; im U.S.-Patent 4,192,736 für Kluksdahl, ausgegeben am 11. März
1980; und im U.S.-Patent 4,227,995 für Sze et al., ausgegeben am 14. Oktober 1980, geoffenbart.
Diese Patente, welche unter Bezugnahme hier aufgenommen sind, und andere U.S.-Patente, welche
ebenso akzeptable Entmetallisierungskatalysatoren offenbaren, können in der Klasse 208, Unterklasse
251, gefünden werden.
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Die Katalysatoren, die beim Ausführen der Entmetallisierung besonders brauchbar sind,
besitzen eine hohe Metallkapazität. Die Metallkapazität des Katalysators ist vorzugsweise größer als etwa
0,10 Gramm Metall pro Kubikzentimeter Katalysator, und ist mehr bevorzugt größer als etwa 0,20
Gramm Metall pro Kubikzentimer Katalysator. Die Vorteile eines Gegenstrombetriebs gegenüber einem
Gleichstromwanderbettsystem sind größer, falls die Metallkapazität auch einen Hydrierungsbestandteil
enthält. Herkömmliche Hydrierungsbestandteile sind Verbindungen der Metalle der Gruppe VIB oder
VIII, insbesondere Verbindungen von Nickel, Cobald, Molybdän und Wolfram.
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Das Produkt aus dem vorliegenden Verfahren wird normalerweise einer weiteren
herkömmlichen Raffinierungsverarbeitung unterzogen. Das gesamte oder ein Teil des Produktes kann durch einen
herkömmlichen Festbett-Veredlungsbetrieb, wie z. B. einen Hydroentschwefelungsbetrieb, durchgeleitet
werden. Ein Teil des Produktstroms kann rezykliert werden, und zwar entweder für eine weitere
katalytische Behandlung oder als ein Verdünnungsmittel. Eine Behandlung schwerer Beschickungen
durch katalytische Entmetallisierung gemäß dem vorliegenden Verfahren gefolgt von einer
Festbettentschwefelung ist besonders wirksam, aber auch das gesamte oder ein Teil des entmetallisierten Produktes
aus der Gegenstrom-Entmetallisierungsreaktionszone kann in einer Entschwefelungsreaktionszone eines
Gegenstrom-Wanderbettes verarbeitet werden.
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Katalytische Veredelungsbedingungen, wie z.B. katalytische Entschwefelungsbedingungen,
katalytische Hydrierungsbedingungen (z.B. für eine Asphaltensättigung angepaßt), katalytische
Denitrogenierungsbedingungen und katalytische Hydrocrackbedingungen, die in den Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung angewendet werden, beinhalten alle eine Reaktionstemperatur im Bereich von
etwa 230ºC bis etwa 480ºC einen Druck im Bereich von etwa 30 bis etwa 300 Atmosphären, eine
Wasserstoffrate von etwa 1.000 bis etwa 25.000 Standardkubikfuß pro Barrel Beschickung, und eine
Flüssigstundenraumgeschwindigkeit im Bereich von etwa 0,20 bis etwa 10.
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Entschwefelungskatalysatoren, Hydrierungskatalysatoren, Denitrogenierungskatalysatoren und
Hydrocrackkatalysatoren, die in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet
werden, können herkömmliche Katalysatoren sein, die den Fachleuten des Standes der Technik gut
bekannt sind. In der Regel werden die Hydrierungskatalysatoren gewählt, um eine geringe
Crackaktivitat zu haben, während Hydrocrackkatalysatoren gewählt werden, um eine relativ hohe Crackaktivität zu
haben. Eine Hydrierungsaktivität wird typischweise durch Verwendung von Metallen der Gruppe VI
und oder VIII erhalten. Eine saure Crackaktivität wird typischerweise durch Verwendung eines sauren,
feuerfesten anorganischen Oxids, wie z.B. ein Zeolith oder amorphes Aluminosilikat, erzielt.
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Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen klar werden, die in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen zu sehen sind, welche einen integralen Teil der vorliegenden Beschreibung bilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist ein schematisches Diagramm eines Kohlenwasserstoffverarbeitungssystems, in
welchem die vorliegende Erfindung einen besonderen Nutzen bringt. Sie veranschaulicht insbesondere
sowohl das Reaktionsgefäß als auch das Katalysatorentnahme- und -regenerationssystem für eine
kontinuierliche Entnahme und für eine kontinuierliche Ersetzung des Katalysators in Verbindung mit
einem Wanderbett-Katalysatorsystem, welches einen Gas- und einen Flüssigkeits- oder einen
Flüssigkeit/Feststoff-Verteiler anwendet.
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Figur 2 ist eine Grundrißansicht in der Richtung der Leitung 22 in der Figur 1 und zeigt einen
Querschnitt durch einen Teil des Reaktionsgefäßes 12 und veranschaulicht insbesondere die Verteilung
von Einlaßrohren und Löchern durch die geneigte Verteilerplatte, um eine gleichförmige Gasverteilung
in das Katalysatorwanderbett zu erzielen.
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Figur 3 ist ein Schnitt durch einen Aufriß des unteren Teil des Gefäßes 12, das in den Fig. 1 und
2 gezeigt ist, und zwar in der Richtung der Pfeile 3-3 in der Fig. 2.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Figur 1 zeigt in schematischer Form ein Flußdiagramm für ein System zum Umsetzen einer
Gas/Flüssigkeits- oder einer Gas/Flüssigkeit/Feststoff-Beschickung mit einem sich langsam bewegenden
Körper aus Katalysatorpartikeln. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die Verteilung von
Gasbestandteilen in einer solchen Gas/Flüssigkeits- oder Gas/Flüssigkeit/Feststoff-Beschickung
gerichtet. Dazu ist ein Verteiler 10 im Gefäß 12 in der Form einer geneigten Oberfläche oder eines Konus
ausgebildet, so daß er einen Katalysatorfluß im Gefäß 12 nach unten bewirkt.
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In der Anordnung von Fig. 1 geht der Beschickungseinlaß durch die Leitung 14 am unteren
Ende 16 des Gefäßes 12. Produkt oder Abfluß verläßt das Gefäß 12 durch die Leitung 19 und wird vom
Kopf an eine Destillationssäule gebracht, die allgemein als 18 veranschaulicht ist. Frische oder
regenerierte Katalysatorpartikel werden dem Gefäß durch eine Rückleitung 20 zugeführt. Der Katalysatorfluß
durch das Gefaß 12 ist unter der Steuerung der Entnahme- oder Entfernungsleitung 22, welche sich
innen durch den konischen Verteiler 10 zur Entnahmedüse 24 erstreckt, welche in der Form eines
umgekehrten U-Rohres ausgebildet ist. Wie am besten in der Fig. 3 zu sehen ist, ist der bevorzugte Ort
des Einlaßrohres 24 der kegelstumpfförmigen Spitze 11 des vom Verteiler 10 gebildeten Konus
benachbart. Die Entnahme durch das Rohr 24 ist entweder kontinuierlich oder gesteuert, um Katalysator nach
Kontamination oder Inaktivierung durch Wechselwirkung mit der Beschickung im Reaktor 12 zu
entfernen, um das Regenerationsgefäß 26 durch das Steuerungsventil 28 in dar Leitung 22 zu
regenerieren.
Wie in der vorliegenden Anmeldung geoffenbart ist, wird der Katalysatorfluß aus dem Reaktor zum
Regenerator über die Flüssigkeitsdruckkontrolle des Verarbeitungsfluids gesteuert, um einen
Katalysatorfluß von einem Reaktor zu einem Regenerator zu erzeugen, wobei ein Fiuß in einem externen
Fluidstrom, wie z.B. Wasserstoff, verwendet wird. Auch andere kompatible Fluidströme, z.B.
Kohlenwasserstofflüssigkeiten, können verwendet werden, falls dies zweckmäßig ist.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird die kombinierte Beschickung aus
Gas/Flüssigkeit oder Gas/Flüssigkeit/Feststoff zum Gefäß 12 unter Druck- und Temperaturbedingungen
zugelassen, welche zu einer Gasentwicklung aus der Beschickung führen, wenn sie mit dem langsam
wandernden Katalysatorbett in Kontakt kommt.
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Wie oben erwähnt, steht das Wanderbett im wesentlichen in Katalysatorpartikel-
zu-Katalysatorpartikel-Kontakt, so daß die Gasverteilung in das Bett insofern ein Problem ist, als eine relativ
gleichmäßige Dispersion der Gasphase durch das Katalysatorbett und die reagierenden Flüssigkeiten
über den gesamten Querschnitt des Gefäßes sichergestellt werden muß. Wenn der Katalysator
kontinuierlich durch das Gefäß wandert, ist eine solche gleichförmige Dispersion der gasförmigen Bestandteile
absolut notwendig, um die Aktivität des Katalysators und des Gases zu halten, um mit den schweren
Flüssigkeiten und Feststoffen der Beschickung zu reagieren. Wie insbesondere in den Fig. 2 und 3
veranschaulicht ist, weist der Konus 10 eine Vielzahl von Gasverteilungslöchern 32 auf, die an
unterschiedlichen Höhen im Konus gebildet sind und in direkter Verbindung mit einem Gasreservoir oder
einer Gastasche 30 stehen, die unterhalb der Bodenfläche des Konus 10 ausgebildet ist, und zwar durch
die Druck- und Flußbedingungen im Gefäß 12. Die Gastasche 30 ist in der vorliegenden
Ausführungsform am unteren Ende 16 des Gefäßes 12 als ein Teil einer gemeinsamen Beschickungskammer für
Flüssigkeit oder für Flüssigkeit/Feststoff und Gas, welches sich aus solchen Flüssigkeiten entwickelt.
Obgleich der Gasdruck in der Tasche 30 im wesentlichen im gesamten Volumen gleich ist, sind die
Flußcharakteristiken eines solchen Gases in das Katalysatorbett an den verschiedenen Höhen der Löcher
32 aufgrund einer Dichtewirkung des Katalysators und der Flüssigkeit am oberen Teil an solchen
verschiedenen Höhen verschieden. In der Figur 3 ist die relative Höhe der Flüssigkeit und des Gases als
Höhen h&sub1;, h&sub2;, h&sub3; und h&sub4; angegeben. Die Grundhöhe des oberen Teils des Flüssigkeitsreservoirs 33 ist
mit h&sub1; bezeichent. Zusätzlich wird ein solcher Fluß vom Gebiet der Rohre 34 beeinflußt, welche vom
Flüssigkeitsvolumen 33 aufsteigen, um die flüssigen oder flüssig/festen Bestandteile in den unteren Teil
des Katalysatorbettes 17 einzubringen. Eine Vielzahl solcher Rohre 34, zum Beispiel 4, stehen in
offener Verbindung zwischen dem flussigen oder flüssig/festen Volumen und Bett 17. Die Höhe h&sub1; wird
gehalten, indem die Druck- und Flußbedingungen von Gas, welches in den Reaktor 12 kommt, und die
Rate des Flussigkeitsflußes durch die Rohren 34 in das Katalysatorbett reguliert werden. Wie ebenso in
Fig. 2 angegeben ist, wird die Größe der Löcher 32 gemäß ihrer Höhe oberhalb des Pegels h&sub1; und der
Dichte der Flüssigkeit festgelegt. Wie gezeigt ist, besitzen die Löcher 32 auf dem Kreis 36 am Pegel h&sub4;
eine größere Fläche als jene an h&sub2; auf dem Kreis 38. Der Pegel der Einlaßrohre 34 ist so angegeben, daß
er am Pegel h&sub3; auf dem Kreis 40 liegt. Es ist natürlich klar, daß der Flüssigkeitsfluß in das Bett nicht
nur von der Fläche dieser Löcher sondern anch von ihrer Anzahl und ihrer Verteilung auf der
Oberfläche
10 bestimmt wird. Wie in den Fig. 2 und 3 ebenfalls gezeigt ist, ist jedes der Löcher vorzugsweise
mit einem Sieb 42 abgedeckt, um zu verhindern, daß Katalysatorpartikel durch die Öffnungen nach
unten gelangen.
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Durch ein richtiges Dimensionieren bzw. Proportionieren der Löcher 32 ist es möglich, einen im
wesentlichen einheitlichen Gasfluß in den nach unten fließenden Katalysator über den gesamten
Querschnitt des Gefäßes 12 zu erzielen. Zugleich wird Flüssigkeit durch die Rohre 34 aus der Kammer
32 verteilt.
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Es sollte auch besonders bemerkt werden, daß verhindert wird, daß Gas durch die Rohre 34
direkt nach oben fließt, und zwar durch Deflektoren 44 am Ende jedes Rohrs 34. Ferner wird die
Gasentwicklung aus der Beschickung, welche durch die Leitung 14 einfließt, durch ein Positionieren der
Deflektorplatte 46 unterstützt, und zwar so, daß sie über der Einlaßleitung 14 liegt, um den Fluß lateral
umzulenken. Das hilft, den Fluß zu verlangsamen, um Gas aus dem Strom abzugeben. Es verhindert
auch, daß Gas aus der Leitung 14 direkt in das Bett 17 aufsteigt.
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Zusätzliches Gas, wie z.B. Wasserstoff, kann der Gastasche 30 zugeführt werden, wie z.B.
durch eine externe Leitung 50 in der Fig. 3. Ein solches zusätzliches Gas kann dem System zugegeben
werden, so daß die Gastasche 30 anfangs bis zu einem gewünschten Niveau eingestellt wird. Zu diesem
Zweck ist es klar, daß die Anzahl und die Größe der Löcher 32 so sein müssen, daß der Druck P&sub1; als
ein Eingangsdruck für ein jedes solches Loch eingestellt und gehalten werden kann. Wie gezeigt, ist die
Höhe der Tasche 30 geringer als oder gleich der Länge der Rohre 34, der Eingangspegel h&sub3; solcher
Rohre ist jedoch ausreichend oberhalb der Spitze 11 des Konus 10, um ein ausreichendes
Entnalimevolumen für Katalysator vorzusehen, der zur Entnahmedüse 27 des Rohres 24 nach Art eines Trichters
befördert wird. Zweckmäßigerweise ist auch die Spitze 11 des Konus 10 unterhalb der untersten Löcher
32, wie z.B. am Pegel h&sub2; in der konischen Platte 10. Dies stellt sicher, daß, wenn Katalysator aus dem
Bett entnommen wird, der Gasfluß in den Katalysator nicht von einer solcher Katalysatorentnahme
gestört wird. Während im allgemeinen eine konische Form des Verteilers 10 bevorzugt ist, kann jegliche
geeignet geneigte Oberfläche verwendet werden, welche einen Trichterboden ergibt. Die primäre Grenze
des Neigungswinkels des Verteilers 10 ist einer, bei welchem er den Winkel des Innenwiderstandes
(auch "Verstellungswinkel" genannt) für einen von Schwerkraft hervorgerufenen Fluß der
Katalysatorpartikel überschreitet.
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Aus der vorangehenden Beschreibung ist klar, daß es die vorliegende Anordnung ermöglicht, ein
relativ schweres Rohmaterial, welches inerte Materialien, wie z.B. Teersande, Kohle und Schiefer
enthält, in flüssigen Kontakt mit Katalysatorpartikel zu bringen bzw. zuzuführen, die im Gefäß 12 im
wesentlichen kontinuierlich nach unten wandern. Zugleich kann Gas, wie z.B. Wasserstoff, in die
Beschickung und die vereinigten Bestandteile aufgenommen werden, welche auf Drucke und
Temperaturen erwärmt sind, die für eine katalytische Abtrennung von Kohlenwasserstoffen von Metall- und
inerten Bestandteilen erforderlich sind, während eine gleichmaßige oder vorgewählte Verteilung der
gasförmigen Bestandteile sichergestellt wird, die sich aus der flüssigen oder flüssig/festen Beschickung
im Volumen 33 entwickeln. Obwohl im allgemeinen eine gleichmaßige Verteilung über die gesamte
Querschnittsfläche des Gefäßes 12 zweckmäßig ist, kann die Vielzahl der Löcher 32, die in der
Verteilerplatte 10 gebildet sind, so proportioniert sein, um andere Flußverläufe in das Reaktionsvolumen 17
des Gefäßes 12 auszubilden. Eine solche Verteilung wird durch richtiges Proportionieren dieser Löcher
gemäß ihrer Höhe auf der vertikalen Oberfläche der konischen Platte 10 relativ zum Flüssigkeits-
Katalysatoroberteil sichergestellt.
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Den Fachleuten des Standes der Technik werden verschiedenste Modifikationen und
Änderungen sowohl in der Vorrichtung als auch im Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung, und die
Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen, aus der obigen detaillierten Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsformen klar werden. Es ist beabsichtigt, daß alle solche Modifikationen und
Änderungen, welche innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen, umfaßt sind.