DE1095972B

DE1095972B - Reactor and process for the catalytic cracking of petroleum-hydrocarbon fractions in a disperse fluidized phase

Info

Publication number: DE1095972B
Application number: DEE17932A
Authority: DE
Inventors: William K Roquemore
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1958-07-18
Filing date: 1959-07-11
Publication date: 1960-12-29
Also published as: GB859246A; FR1235371A

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.The invention relates to a reactor for the catalytic cracking of petroleum-hydrocarbon fractions in dispersed fluidized phase and a process for cracking petroleum fractions with a boiling range between 343 and 566 ° C, which is at least 30 percent by volume of ingredients with a boiling point contained above 427 ° C, in reactors of the new kind.

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.A lower part of the fluidized bed and an enlarged upper vertical part are used in the new reactor Conversion part. The conversion catalyst is at a temperature that is higher than that temperature to be maintained in the reaction zone, supplied near the bottom of the fluidizing section and brought into contact there with such an amount of the gas that is sufficient to cause the fluidization of the catalytic converter. Then he comes into contact with a current a high velocity hydrocarbon feed whose temperature is lower than that which is maintained in the implementation zone. The ratio of the amount of catalyst and of in the Injected feed fluidization zone is sized to provide an advantageous ratio of catalyst too oil prevails in the conversion zone. The temperature of the freshly added when hot The catalyst and the liquid feed are controlled so that near complete evaporation the feed occurs and that its heating to the required reaction temperature between 455 and 538 ° C takes place through direct heat exchange with the hot catalyst. This will a suspension of the conversion catalyst® in the fluidizing section of the reaction zone Gaseous hydrocarbon feed caused and thereby set the conversion reaction in motion. The suspension formed in this way moves upwards through an outwardly diverging conical transition zone with constantly increasing speed out, so that a retrograde movement of the fluidized catalyst on the walls of the acceleration zone is practically completely prevented. The vaporized hydrocarbon and the suspended one The catalyst is accelerated to such an extent that the catalyst is in the upper part of the acceleration zone is kept in disperse suspension in the vaporized components of the hydrocarbons. The disperse suspension is then passed through the reaction zone at a rate those not below the speed of the suspension in the upper end of the acceleration zone lies; In this way, the required degree of conversion of the coal used is achieved. Hydrogens.

In der Zeichnung wird eine Reaktionszone A ge-Reaktor und Verfahren zum katalytischen Kracken von Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktionen in disperser WirbelphaseIn the drawing, a reaction zone A ge reactor and process for the catalytic cracking of petroleum-hydrocarbon fractions in a disperse fluidized phase

Anmelder:Applicant:

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

Vertreter: Dr. W. BeilRepresentative: Dr. W. Beil

und A. Hoeppener, Rechtsanwälte,and A. Hoeppener, lawyers,

Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36Frankfurt / M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Juli 1958Claimed priority:
V. St. v. America July 28, 1958

William K. Roquemore, Baytown, Tex. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenWilliam K. Roquemore, Baytown, Tex. (V. St. A.),
has been named as the inventor

zeigt, eine Trennungszone B sowie eine Regenerationszone C. shows a separation zone B and a regeneration zone 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.The reaction zone A consists of a lower section 10 initiating the turbulence and a knee zone 12 as well as a second knee zone 14. Above section 10 there is a diverging transition zone 16 which connects the vortex zone 10 with the conversion zone 18. At the exit of the reaction zone A , a pipe 20 is attached, which conveys the spent catalyst and the reaction products to the separation zone. This consists, for example, of an upper stripping part 22 which contains a plurality of cyclone separators inside (not shown) which separate the gaseous constituents of the conversion product from the used catalyst.

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-The conversion products are drawn off at the top of the separation zone 22 through a line 24. This line leads to the devices for the recovery and separation of the conversion products. A lower stripping zone can also be built into the separation zone B , which also has a number of injection nozzles 30, 30 in the vicinity of the bottom in order to introduce a gaseous stripping agent into the stripping zone 26. Within 26, the spent catalyst comes into contact with a stripping gas, where-

009 680/463009 680/463

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durch praktisch eine vollständige Trennung des Um- der Beschickung bewirkt eine große BeschleunigungThe practically complete separation of the loading area results in a great acceleration

Wandlungsprodukts und des Katalysators erreicht wird. des aufgewirbelten Katalysators, so daß eine Gas-Conversion product and the catalyst is achieved. of the whirled up catalyst, so that a 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 StrömungsrichtungThe spent catalyst is withdrawn from 26 by a superficial velocity of 4.57 to 12.19 meters in line 32, which is reached to regeneration zone C of the second; this creates a sustenance. The catalyst is regenerated there. In this way, the catalyst can be suspended in the gaseous carbon of the spent catalyst in a dense suspension of hydrogen. This suspension of the catalyst part can be transferred by introducing a swirling air stream in a vaporized gaseous fluidizing medium in an upward direction and so that has a density of 0.032 to 0.256 g / ccm and has carbon deposits from the used catalyst - a gas surface velocity that is sufficient for the analyzer and the catalyst is simultaneously heated to an essentially complete reversal of movement and the required initial temperature of about 593 g of the catalyst particles relative to the container wall to 677 ° C. j. to prevent them, ie the same flow direction

Den regenerierten Katalysator sammelt man in einem zu verleihen.The regenerated catalyst is collected in a lend.

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.Funnel 40 at the bottom of the. Regeneration zone C. If necessary, a crack can also be injected, which, as a result of gravity, flows through a more constant feed into the suspension tube 42 formed in this way after the lower knee 12 of the vortex zone 10, which is then passed through several channels in the reaction zone A. '"' Introduces spray nozzles 48 into the upper elbow 14.

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.The new process has particular utility. A more crack-resistant fraction is preferred in the catalytic cracking of heavy coals- injected through injectors48, for example a Hydrogen containing more than 30 volume percent of a 20 recycled fraction obtained by fractionation Contain hydrocarbons boiling above 42 ° C. the catalytic cracking process was obtained. the Hydrocarbons, which are advantageously recycled according to the inven- tion fraction, can be used within the boiling point Process can be treated in the area of the charge boiling. These are also back the fractions of heavy gas oils, the fraction carried in between, is carried out with an injection 343 and boil 566 ° C. Such hydrocarbons 35 speed from 6.09 to 15.24 m per second can only be gassed with difficulty, as they become thermally and achieve complete instantaneous mixing painters tend to crack when they slowly turn on and evaporate the charge with the hot Evaporation temperature can be heated. In addition, a catalyst.

sind diese Kohlenwasserstoffe ziemlich Widerstands- Nach der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh-these hydrocarbons are quite resistive- According to the execution shown in the drawing

fähig gegen katalytisches Kracken und außerdem haben 30 rungsform der Erfindung wird der Katalysator nichtcapable of catalytic cracking and, moreover, according to the invention, the catalyst will not

sie im allgemeinen eine ausgesprochene Tendenz zur vollständig auf die erforderliche Temperatur abge-they generally have a marked tendency to be completely reduced to the required temperature.

Koksbildung sowie übermäßiger Asphalt-und Wasser- kühlt, bevor die Rückführungsfraktion durch die Dü-Coke formation as well as excessive asphalt and water cools before the recycle fraction passes through the

stoffbildung. sen 48 in den zweiten Knieteil 14 eingespritzt wordensubstance formation. sen 48 has been injected into the second knee part 14

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 manBy means of the invention can be a satisfactory is. To an excessive cracking of the fresh transformation It is important to avoid such hydrocarbons without being too thick in the first knee part 12 moderate formation of coke, asphalt and hydrogen is necessary, only for a short time in the first part of the knee range, whereby higher quantities of valuable products should be left in the 12 and they should not exceed 10 ° C (for example The boiling range of gasoline and heating oils is 6.7 ° C) above the required cracking temperature will. heat. You can easily do this if you

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.As a typical example of catalytic cracking 40, 50 to 80 volume percent of the total feed of such heavy hydrocarbons take one through the nozzle 44 into the first knee part 12 and the unprocessed feed fraction that is specified within the remaining quantity (i.e. between 50 and 20 volumes Temperature ranges boil and heat them percent) through the nozzles 48 in the second knee a temperature below the evaporation temperature part 14 supplies.

ratur der leichteren Bestandteile vor, wobei man nach 45 Die Suspension des aufgewirbelten Krackkatalysa-temperature of the lighter constituents, after 45 The suspension of the fluidized cracking catalyst

einer beliebigen üblichen Methode verfährt und spritze tors und des verdampften Kohlenwasserstoffs passiertany conventional method proceeds and syringe gate and the vaporized hydrocarbon happens

sie dann bei der öffnung des unteren Knieteils 12 dann die konische Übergangszone 16. Die aufgewir-when the lower knee part 12 opens, they then enter the conical transition zone 16.

mittels einer Einspritzdüse 44 ein. Die Beschickung belte Suspension sollte so durch die Beschleunigungs-by means of an injection nozzle 44. The loading of the belte suspension should be reduced by the acceleration

sollte zweckmäßig mit einer Geschwindigkeit zwischen zone 16 bewegt werden, daß rückläufige Bewegungenshould be moved appropriately at a speed between zone 16 that retrograde movements

6 und 15 m in der Sekunde injiziert werden. Ein gas- 50 von Katatysatorteilchen in der Nähe der Wände der 6 and 15 m per second. A gas 50 of catalytic converter particles near the walls of the

förmiges Aufwirbelungsmittel, vorzugsweise ein iner- Beschleunigungskammer praktisch vermieden werden,shaped fluidizing means, preferably an iner acceleration chamber, can be practically avoided,

tes Gas, wie Dampf, wird ebenfalls am Boden des Dies erreicht man dadurch, daß man den Abweich-t gas, such as steam, is also reached at the bottom of the die by

Knieteilsl2 über eine Leitung 46 zugeführt. Gleich- winkel innerhalb der Beschleunigungszone auf 0,5Knieteilsl2 supplied via a line 46. Equal angle within the acceleration zone to 0.5

zeitig führt man einen Katalysator in festem Zustand, bis 2,5° hält.in good time a catalyst is carried out in the solid state until it stops at 2.5 °.

der nicht erst vor kurzem regeneriert worden ist, bei 55 Oberhalb der Beschleunigungszone 16 befindet sichwhich has not recently been regenerated, is located at 55 above the acceleration zone 16

593 bis 677° C durch das Rohr 42 in den Knie- die Umwandlungszone 18., die im Querschnitt prak-593 to 677 ° C through the tube 42 in the knee the conversion zone 18, which in cross section is practically

teil 12 ein. tisch gleichförmig ist, wo bedeutend mehr krackbestän-part 12 a. table is uniform, where significantly more crack-resistant

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 VerhältnisThe steam fed in through line 46 must be catalytically cracked and introduced into the feed components in such an amount that it is regulated. The length of the reaction zone 18 depends on the nerated catalyst can fluidize, ie the 60 part on the degree of conversion intended. guided vapor stream passes the swirling of the aufrechtzuerhalfrisch introduced into the conversion zone A catalyst and ensures Tenden reaction conditions include: Reeine Oberflächengaschwindigkeit of Einströmgases reaction temperature 454-538 ° C, Reakzwischen 0.15 and 0.91 m per second. The flow pressure between 0.35 and 2.10 kg / cm ² , the ratio of charge 6g of catalyst to oil injected by means of the nozzle 44 between 5 and 15, a ratio is converted into gas practically immediately as soon as it average from length to diameter In the case of the two zones connected to one another in contact with the fluidized catalyst, the transition occurs. In this way one practically prevents zone 16 and the reaction zone 18, which is sufficient to allow complete thermal cracking of the feed - a contact time of 5 to 30 seconds during evaporation. Perform evaporation 70. Under these conditions the relationship must

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%.Length to average diameter for the transition zone 16 and the conversion zone 18 between 10: 1 and 20: 1. A conversion of the charge material between 40 and 70% is then achieved.

Claims

Patent claims:

1. Reactor for the catalytic cracking of petroleum-hydrocarbon fractions in dispersed Vortex phase, characterized by a lower tubular vortex zone (10), which is attached to the top an outwardly conically diverging transition zone (16) with a deflection angle of 0.5 to 2.5 ° adjoins, and a tubular conversion zone (18) above the transition zone (16), where the ratio of the total length to the mean diameter of the transition zone and the The conversion zone is 10: 1 to 20: 1, as well as a tube (46) at the lower end of the vortex zone for introducing a gaseous fluidizing agent, a second tube (42) downstream of the gas of the first pipe for the introduction of finely divided solids into the vortex zone and an injection nozzle (44) gas downstream of the second inlet pipe for introducing the liquid feed material into the vertebral zone.

2. Embodiment of the reactor according to claim 1, characterized in that the diameter the transition zone on the head is two to three times as large as on the ground.

3. embodiment of the reactor according to claim 1 and 2, characterized by several Injection nozzles (48) on the upper knee (14) for possibly additional injection of something more crack-resistant feed into the suspension.

4. Process for the catalytic cracking of petroleum-hydrocarbon fractions in dispersed form Vortex phase with a boiling range between 343 and 566 ° C, which is at least 30 percent by volume contained in components with a boiling point above 427 ° C, in reactors of the type of claims 1 to 3, characterized in that a finely divided catalyst at 593 to 675 ° C in practically not whirled up state is passed into a whirling zone, this Catalyst is whirled up with an inert gas to form a dense phase suspension, the feed material in the liquid state at 316 to 343 ° C into this suspension at an injection speed from 6.09 to 15.24 m per second to form a suspension with a catalyst-to-oil ratio of 10 to 20 , the suspension thus formed goes up through a transition zone at a surface gas velocity from 2.43 to 15.24 m per second at the head of the transition zone and that the suspension then passes through a conversion zone at a surface gas velocity is performed, which is not less than that at the exit of the transition zone.

1 sheet of drawings

1 009 680/463 12.1 009 680/463 12.