DE1095972B - Reaktor und Verfahren zum katalytischen Kracken von Erdoel-Kohlenwasserstoff-Fraktionen in disperser Wirbelphase - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum katalytischen Kracken von Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktionen in disperser Wirbelphase und ein Verfahren zum Kracken von Erdöl-Fraktionen mit einem Siedebereich zwischen 343 und 566° C, welche mindestens 30 Volumprozent an Bestandteilen mit einem Siedepunkt über 427° C enthalten, in Reaktoren der neuen Art.

Man benutzt in dem neuen Reaktor einen unteren Wirbelschichtteil und einen vergrößerten oberen senkrechten Umwandlungsteil. Der Umwandlungskatalysator wird bei einer Temperatur, die höher ist als die in der Reaktionszone aufrechtzuerhaltende Temperatur, nahe dem Boden des Aufwirbelungsteilis zugeführt und dort mit einer solchen Menge des Gases in Berührung gebracht, die ausreichend ist, um die Aufwirbelung des Katalysators in Gang zu bringen. Anschließend kommt er in Berührung mit einem Strom einer Kohlenwasserstoffbeschickung hoher Geschwindigkeit, dessen Temperatur niedriger ist als die, die in der Umsetzungszone aufrechterhalten wird. Das Mengenverhältnis von Katalysator und von in die Aufwirbelungszone injizierter Beschickung wird so bemessen, daß ein vorteilhaftes Verhältnis Katalysator zu öl in der Umsetzungszone herrscht. Die Temperatur des in heißem Zustande frisch beigegebenen Katalysators und der flüssigen Beschickung sind so geregelt, daß eine annähernd vollständige Verdampfung der Beschickung eintritt und daß seine Erhitzung auf die erforderliche Reaktionstemperatur zwischen 455 und 538° C durch direkten Wärmeaustausch mit dem heißen Katalysator erfolgt. Hierdurch wird in dem Aufwirbelungsabschnitt der Umsetzungszone eine Suspension des Umwandlungskatalysator® in der gasförmigen Kohlenwasserstoff-Beschickung bewirkt und dadurch die Umwandlungsreaktion in Gang gesetzt. Die so gebildete Suspension wird durch eine nach außen auseinandergehende konische Übergangszone mit ständig wachsender Geschwindigkeit aufwärts geführt, so daß eine rückläufige Bewegung des aufgewirbelten Katalysators an den Wänden der Beschleunigungszone praktisch vollkommen unterbunden wird. Der verdampfte Kohlenwasserstoff und der suspendierte Katalysator werden so weit beschleunigt, daß im oberen Teil der Beschleunigungszone der Katalysator in den verdampften Bestandteilen der Kohlen-Wasserstoffe in disperser Suspension gehalten wird. Die disperse Suspension wird dann durch die Umsetzungszone geführt, mit einer Geschwindigkeit, die nicht unter der Geschwindigkeit der Suspension im oberen Ende der Beschleunigungszone liegt; auf diese Weise erreicht man den erforderlichen Umwandlungsgrad der eingesetzten Kohlen-. Wasserstoffe.

In der Zeichnung wird eine Reaktionszone A ge-Reaktor und Verfahren zum katalytischen Kracken von Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktionen in disperser Wirbelphase

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N.J. (V.St.A.)

Vertreter: Dr. W. Beil

und A. Hoeppener, Rechtsanwälte,

Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Juli 1958

William K. Roquemore, Baytown, Tex. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

zeigt, eine Trennungszone B sowie eine Regenerationszone C.

Die Reaktionszone A besteht aus einem unteren, die Aufwirbelung einleitenden Abschnitt 10 und einer Kniezone 12 sowie einer zweiten Kniezone 14. Über dem Abschnitt 10 befindet sich eine auseinandergehende Übergangszone 16, die die Wirbelzone 10 mit der Umwandlungszone 18 verbindet. Am Ausgang der Reaktionszone A ist ein Rohr 20 angebracht, das den verbrauchten Katalysator und die Umsetzungsprodukte zur Trennungszone weiterbefördert. Diese besteht beispielsweise aus einem oberen Abstreifteil 22, der im Innern eine Mehrzahl von Zyklon-Abscheidern enthält (nicht gezeichnet), die die gasförmigen Bestandteile des Umwandlungsprodukts von dem verbrauchten Katalysator trennen.

Die Umwandlungsprodukte werden am Kopf der Trennzone 22 durch eine Leitung 24 abgezogen. Diese Leitung führt zu den Vorrichtungen für die Rückgewinnung und Trennung der Umwandlungsprodukte. In die Trennzone B kann man auch eine untere Abstreifzone einbauen, die außerdem in der Nähe des Bodens eine Anzahl Einspritzdüsen 30, 30 besitzt, um ein gasförmiges Abstreifmittel in die Abstreifzone 26 einzuführen. Innerhalb von 26 kommt der verbrauchte Katalysator mit einem Abstreifgas in Berührung, wo-

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durch praktisch eine vollständige Trennung des Um- der Beschickung bewirkt eine große Beschleunigung

Wandlungsprodukts und des Katalysators erreicht wird. des aufgewirbelten Katalysators, so daß eine Gas-

Der verbrauchte Katalysator wird aus 26 durch eine Oberflächengeschwindigkeit von 4,57 bis 12,19 m in Leitung 32 abgezogen, die zur Regenerationszone C der Sekunde erreicht wird; dadurch entsteht eine Susführt. Dort wird der Katalysator regeneriert. So kann 5 pension des Katalysators in den gasförmigen Kohlender verbrauchte Katalysator in eine dichte Suspension Wasserstoffen. Diese Suspension der Katalysatorteilübergeführt werden, indem man einen wirbelnden chen in einem verdampften gasförmigen Wirbelmittel Luftstrom in Aufwärtsrichtung einführt und so die besitzt eine Dichte von 0,032 bis 0,256 g/ccm und hat Kohlenstoffablagerungen von dem verbrauchten Kata- eine Gas-Oberflächengeschwindigkeit, die ausreicht, lysator abtrennt und den Katalysator gleichzeitig auf io um im wesentlichen vollständig rückläufige Bewegundie erforderliche Anfangsjtemperatur von etwa 593 gen der Katalysatorteilchen relativ zur Behälterwand bis 677° C erhitzt. j. zu unterbinden, d. h. ihnen gleiche Strömungsrichtung

Den regenerierten Katalysator sammelt man in einem zu verleihen.

Trichter 40 am Boden der. Regenerationszone C. Aus Gegebenenfalls kann man zusätzlich eine krackdiesem fließt er infolge der Schwerkraft durch ein 15 beständigere Beschickung in die so gebildete Suspen-Rohr 42 nach dem unterenKnie 12 der Wirbelzone 10 sion injizieren, wobei man diese durch mehrere Einder ReaktionszoneA. '" ' Spritzdüsen48 in das obere Kniestück 14 einführt.

Das neue Verfahren besitzt besondere Brauchbarkeit Eine krackbeständigere Fraktion wird vorzugsweise bei der katalytischen Krackung schwerer Kohlen- durch Einspritzdüsen48 injiziert, beispielsweise eine Wasserstoffe, die mehr als 30 Volumprozent eines 20 rückgeführte Fraktion, die durch Fraktionierung durch Kohlenwasserstoffs enthalten, der über 42° C siedet. das katalytische Krackverfahren erhalten wurde. Die Kohlenwasserstoffe, die vorteilhaft nach dem erfin- rückgeführte Fraktion kann innerhalb des Siededunsgemäßen Verfahren behandelt werden können, bereichs der Beschickung sieden. Auch diese rücksind die Fraktionen schwerer Gasöle, die zwischen geführte Fraktion führt man mit einer Einspritz-343 und 566° C sieden. Solche Kohlenwasserstoffe 35 geschwindigkeit von 6,09 bis 15,24 m in der Sekunde können nur schwierig vergast werden, da sie zu ther- ein und erreicht ein vollständiges sofortiges Mischen malern Kracken neigen, wenn sie langsam auf die und Verdampfen der Beschickung mit dem heißen Verdampfungstemperatur erhitzt werden. Außerdem Katalysator.

sind diese Kohlenwasserstoffe ziemlich Widerstands- Nach der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh-

fähig gegen katalytisches Kracken und außerdem haben 30 rungsform der Erfindung wird der Katalysator nicht

sie im allgemeinen eine ausgesprochene Tendenz zur vollständig auf die erforderliche Temperatur abge-

Koksbildung sowie übermäßiger Asphalt-und Wasser- kühlt, bevor die Rückführungsfraktion durch die Dü-

stoffbildung. sen 48 in den zweiten Knieteil 14 eingespritzt worden

Mittels der Erfindung läßt sich eine befriedigende ist. Um ein übermäßiges Kracken der frischen BeUmwandlung solcher Kohlenwasserstoffe ohne über- 35 Schickung im ersten Knieteil 12 zu vermeiden, ist es mäßige Koks-, Asphalt- und Wasserstoffbildung er- notwendig, sie nur kurze Zeit in dem ersten Knieteil reichen, wobei höhere Mengen wertvoller Produkte im 12 zu belassen und sie höchstens 10° C (beispielsweise Siedebereich des Benzins und der Heizöle erhalten 6,7° C) über die erforderliche Kracktemperatur zu werden. erhitzen. Dies erreicht man ohne weiteres, wenn man

Als typisches Beispiel für ein katalytisches Kracken 40 50 bis 80 Volumprozent der gesamten Beschickung solcher schwerer Kohlenwasserstoffe nehme man eine durch die Düse 44 in den ersten Knieteil 12 und die unverarbeitete Beschickungsfraktion, die innerhalb der verbleibende Menge (also zwischen 50 und 20 Volumangegebenen Temperaturbereiche siedet und erhitze sie prozent) durch die Düsen 48 in den zweiten Knieauf eine Temperatur unter der Verdampfungstempe- teil 14 zuführt.

ratur der leichteren Bestandteile vor, wobei man nach 45 Die Suspension des aufgewirbelten Krackkatalysa-

einer beliebigen üblichen Methode verfährt und spritze tors und des verdampften Kohlenwasserstoffs passiert

sie dann bei der öffnung des unteren Knieteils 12 dann die konische Übergangszone 16. Die aufgewir-

mittels einer Einspritzdüse 44 ein. Die Beschickung belte Suspension sollte so durch die Beschleunigungs-

sollte zweckmäßig mit einer Geschwindigkeit zwischen zone 16 bewegt werden, daß rückläufige Bewegungen

6 und 15 m in der Sekunde injiziert werden. Ein gas- 50 von Katatysatorteilchen in der Nähe der Wände der

förmiges Aufwirbelungsmittel, vorzugsweise ein iner- Beschleunigungskammer praktisch vermieden werden,

tes Gas, wie Dampf, wird ebenfalls am Boden des Dies erreicht man dadurch, daß man den Abweich-

Knieteilsl2 über eine Leitung 46 zugeführt. Gleich- winkel innerhalb der Beschleunigungszone auf 0,5

zeitig führt man einen Katalysator in festem Zustand, bis 2,5° hält.

der nicht erst vor kurzem regeneriert worden ist, bei 55 Oberhalb der Beschleunigungszone 16 befindet sich

593 bis 677° C durch das Rohr 42 in den Knie- die Umwandlungszone 18., die im Querschnitt prak-

teil 12 ein. tisch gleichförmig ist, wo bedeutend mehr krackbestän-

Der durch die Leitung 46 zugeführte Dampf muß dige Beschickungsbestandteile katalytisch gekrackt in solcher Menge eingeführt werden, daß er den rege- werden. Die Länge der Reaktionszone 18 hängt zum nerierten Katalysator aufwirbeln kann, d.h. der zu- 60 Teil von dem Grad der beabsichtigten Umwandlung ab. geführte Dampfstrom leitet die Aufwirbelung des Die in der Umwandlungszone A aufrechtzuerhalfrisch eingebrachten Katalysators ein und sorgt für tenden Reaktionsbedingungen sind die folgenden: Reeine Oberflächengaschwindigkeit des Einströmgases aktionstemperatur zwischen 454 und 538° C, Reakzwischen 0,15 und 0,91 m in der Sekunde. Die flüs- tionsdruck zwischen 0,35 und 2,10 kg/cm², Verhältnis sige, mittels der Düse 44 eingespritzte Beschickung 6g Katalysator zu öl zwischen 5 und 15, ein Verhältnis wird praktisch sofort in Gas verwandelt, sobald sie von Länge zu Durchmesserdurchschnitt bei den mitrrrit dem aufgewirbelten Katalysator in Berührung einander verbundenen beiden Zonen, der Übergangskommt. Auf diese Weise verhindert man praktisch zone 16 und der Umsetzungszone 18, das ausreicht, um vollständig eine thermale Verkrackung der Beschik- eine Berührungszeit von 5 bis 30 Sekunden zu gewährkung während des Verdampfens. Die Verdampfung 70 leisten. Unter diesen Bedingungen muß das Verhältnis

Länge zu Durchmesserdurchschnitt für die Übergangszone 16 und die Umsetzungszone 18 zwischen 10 :1 und 20 :1 liegen. Man erreicht dann eine Umsetzung des Beschickungsmaterials zwischen 40 und 70%.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Reaktor zum katalytischen Kracken von Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktionen in disperser Wirbelphase, gekennzeichnet durch eine untere rohrförmige Wirbelzone (10), an die sich nach oben eine nach außen konisch auseinandergehende Übergangszone (16) mit einem Ablenkwinkel von 0,5 bis 2,5° anschließt, und eine rohrförmige Umsetzungszone (18) oberhalb der Übergangszone (16), wobei das Verhältnis der Gesamtlänge zum mittleren Durchmesser der Übergangszone und der Umsetzungszone 10 : 1 bis 20 : 1 beträgt, sowie ein Rohr (46) am unteren Ende der Wirbelzone zur Einführung eines gasförmigen Aufwirbelungsmittels, ein zweites Rohr (42) gasstromabwärts des ersten Rohres zur Einführung von feinteiligen Feststoffen in die Wirbelzone und eine Injektionsdüse (44) gasstromabwärts des zweiten Einleitungsrohres zur Einführung des flüssigen Beschickungsmaterials in die Wirbelzone.

2. Ausführungsform des Reaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Übergangszone am Kopf zwei- bis dreimal so groß wie am Boden ist.

3. Ausführungsform des Reaktors nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch mehrere Einspritzdüsen (48) am oberen Knie (14) zum gegebenenfalls zusätzlichen Einspritzen einer etwas krackbeständigeren Beschickung in die Suspension.

4. Verfahren zum katalytischen Kracken von Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktionen in disperser Wirbelphase mit einem Siedebereich zwischen 343 und 566° C, welche mindestens 30 Volumprozent an Bestandteilen mit einem Siedepunkt etwa über 427° C enthalten, in Reaktoren der Art der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinverteilter Katalysator bei 593 bis 675° C in praktisch nicht aufgewirbeltem Zustand in eine Aufwirbelungszone geleitet wird, dieser Katalysator mit einem inerten Gas zu einer Dichtphasen-Suspension aufgewirbelt wird, das Beschickungsmaterial in flüssigem Zustand bei 316 bis 343° C in diese Suspension mit einer Einspritzgeschwindigkeit von 6,09 bis 15,24 m in der Sekunde unter Bildung einer Suspension mit einem Katalysator-zu-öl-Verhältnis von 10 bis 20 eingespritzt wird, die so gebildete Suspension aufwärts durch eine Übergangszone mit einer Gasoberflächengeschwindigkeit von 2,43 bis 15,24 m pro Sekunde am Kopf der Übergangszone geleitet wird und daß dann die Suspension durch eine Umwandlungszone mit einer Gasoberflächengeschwindigkeit geführt wird, die nicht geringer ist als diejenige am Ausgang der Übergangszone.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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