DE3784259T2

DE3784259T2 - Apparat und verfahren zum mischen von fluessigkeiten.

Info

Publication number: DE3784259T2
Application number: DE8787200521T
Authority: DE
Inventors: Peter Haddon Barnes
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2007-03-21
Also published as: AU592167B2; JPS62237931A; EP0239171A2; CA1293714C; CN87102277A; AU7063087A; EP0239171B1; GB8607699D0; CN1031041C; ZA872188B; DE3784259D1; IN169218B; JP2587231B2; EP0239171A3; MX170621B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. einen Apparat und ein Verfahren zum Mischen von Fluiden.
Es ist bekannt, Fluide, wie beispielsweise ein Kohlenwasserstofföl und Dampf, zu mischen durch Verwendung zweier konzentrisch angeordneter Düsen (d.h. von Rohren, die an ihren stromabwärtigen Enden mit einer verengten Öffnung versehen sind), von denen die innere Düse verwendet wird zum Einführen eines Stromes aus einem Kohlenwasserstoffölstrahl mit einem relativ kleinen Durchmesser in den konvergierenden Raum zwischen den stromabwärtigen Enden der inneren und der äußeren Düse, wohingegen Dampf durch den Ringraum zwischen den Rohren in den konvergierenden Raum eingeführt wird, um ein Gemisch mit dem Öl zu bilden, welches letztlich durch die äußere Düse hindurch in einen Reaktor injiziert wird.
Jedoch ist das Mischen eines ersten Fluids (Kohlenwasserstofföl) (fließt durch die mittlere innere Düsenöffnung) mit einem zweiten Fluid (Dampf) in einem so relativ kleinen konvergierenden Raum vom Optimum weit entfernt. Der Ölstrahlstrom bewegt sich wenigstens teilweise durch die mittlere äußere Düsenöffnung, ohne aufgebrochen und mit dem Dampf gemischt zu sein.
Es ist weiterhin bekannt, flüssige Kohlenwasserstoffe und Gas zu mischen mittels eines Düsengebildes, welches ein äußeres Rohr mit einer verengten Auslaßöffnung und ein inneres Rohr aufweist, welches höchstens in einem Abstand entsprechend eines Durchmessers des äußeren Rohres von der Auslaßöffnung endet, um eine relativ kleine Mischzone zu schaffen. Flüssige Kohlenwasserstoffe fließen durch den Ringraum zwischen den beiden Rohren, der mit Schaufeln versehen ist, um den flüssigen Kohlenwasserstoffen eine Tangentialgeschwindigkeit zu erteilen. Jedoch strömt bei dieser Ausführung das Gas (beispielsweise Dampf), welches durch das innere Rohr mit relativ hoher Geschwindigkeit strömt, wenigstens teilweise als ein ungebrochener Strom durch die mittig angeordnete Auslaßöffnung des äußeren Rohres hindurch, ohne mit den flüssigen Kohlenwasserstoffen gemischt worden zu sein.
Weiterhin ist in der BE-A-682 718 eine Vorrichtung beschrieben zum Mischen verschiedener Gase miteinander für autotherme flammenlose Reaktion bzw. Reaktion durch Selbsterhitzung. Die Vorrichtung umfaßt ein äußeres Rohr, ein inneres Rohr und einen Diffusor. Das innere Rohr ist im oberen Abschnitt des äußeren Rohres angeordnet und verjüngt sich nach unten in Richtung gegen den Austritt. Das innere Rohr ist mit einem Verdrehteil, der Führungsschaufeln umfaßt, und einem Verschiebeteil versehen, der in dem inneren Rohr angeordnet und durch eine Spindel mit einem Einstellmechanismus verbunden ist, durch den der Verschiebeteil in dem inneren Rohr axial verschoben werden kann. Auf diese Weise kann der Auslaßquerschnitt des inneren Rohres, durch den das Gas strömt, auf die sich ändernde Menge an Gas in dem inneren Rohr eingestellt werden.
Es ist nunmehr gefunden worden, daß ausgezeichnetes Mischen von Fluidströmen erreicht werden kann durch Schaffung eines relativ großen Bereichs für anfänglichen Kontakt der Fluide, die in den stromaufwärtigen Endteil eines rohrförmigen Mischabschnitts eingeführt werden sollen.
Die Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung zum Cracken von kohlenwasserstoffhaltigem Material mit fließendem Katalysator, umfassend ein im wesentlichen vertikal angeordnetes rohrartiges Gehäuse, welches einen rohrförmigen Mischabschnitt hat, der wenigstens teilweise im Inneren des Bodenabschnitts des Gehäuses angeordnet ist und der in seinem stromaufwärtigen Endteil eine ringförmige Einlaßöffnung für ein erstes Fluid, welches kohlenwasserstoffhaltiges Material aufweist, eine innen im wesentlichen gleichachsig angeordnete Einlaßeinrichtung für ein zweites Fluid, welches Dampf aufweist, und eine Auslaßöffnung für ein Fluidgemisch hat, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Ablenkeinrichtung am stromaufwärtigen Endteil des Mischabschnitts vorgesehen ist, die einen umgekehrten, wenigstens teilweise kegelstumpfförmigen Körper aufweist.
Ein Hauptvorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß während ihres Betriebs der erste Fluidstrom im wesentlichen vollständig aufgebrochen wird nach dem Eintreten in den stromaufwärtigen Endteil des rohrförmigen Mischabschnitts durch eine ringförmige Öffnung hindurch, umgeben von dem zweiten Fluid, welches ein Abscheren und Zerstäuben des ersten Fluidstromes bewirkt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann beispielsweise vorteilhaft verwendet werden beim katalytischen Cracken, um ein Gemisch aus kohlenwasserstof fhaltigem Material und Dampf zu schaffen und das Gemisch in einen Steigerreaktor einzuführen, der fluidisierte Katalysatorteilchen enthält, um die Teilchen schnell, innig und gleichmäßig mit der zu crackenden kohlenwasserstof fhaltigen Zufuhr zu mischen. Demgemäß betrifft die Erfindung weiterhin eine Vorrichtung bzw. einen Apparat zum Cracken von kohlenwasserstoffhaltigem Material mit fließendem Katalysator, die bzw. der ein im wesentlichen vertikal angeordnetes rohrartiges Gehäuse aufweist, welches einen rohrförmigen Mischabschnitt gemäß vorstehender Beschreibung hat, der wenigstens teilweise im Bodenabschnitt des Gehäuses angeordnet ist. Eine solche Vorrichtung kann Merkmale einer Vorrichtung zum Kontaktieren von teilchenförmigen Feststoffen mit einem Fluid aufweisen, wie sie in der GB-A-8 607 698 beschrieben ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtungen gemäß der Erfindung werden nachstehend beschrieben unter Verwendung der Figuren 1 bis 4, in denen die Bezugszeichen, die zu entsprechenden Teilen gehören, die gleichen sind.
In Figur 1 ist ein Längsschnitt einer Mischvorrichtung dargestellt.
In Figur 2 ist eine Längsschnittansicht des Bodenteils eines Steigerreaktors zum Cracken mit fließfähigem Katalysator dargestellt, der eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung aufweist.
Figur 3 ist eine Querschnittsansicht nach Linie AA' der Mischvorrichtung gemäß Figur 1.
Figur 4 ist eine Querschnittsansicht nach Linie BB' der Mischvorrichtung, die in dem Steigerreaktorabschnitt gemäß Figur 2 angeordnet ist.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte Vorrichtung umfaßt einen rohrförmigen Mischabschnitt (1), der eine ringförmige Einlaßöffnung (2) für einen aufwärts gerichteten Strom eines ersten Fluids (beispielsweise einer Flüssigkeit) hat, welches durch eine Öffnung (3) in eine rohrförmige Flüssigkeitseinlaßeinrichtung (4) eingeführt wird, die vorzugsweise im wesentlichen gleichachsig wenigstens teilweise in der Einlaßeinrichtung (5) für das zweite Fluid (beispielsweise ein Gas) angeordnet ist.
Die Einlaßeinrichtung (5) weist vorzugsweise ein Rohr auf (welches einen Durchmesser haben kann, der größer als der Durchmesser des rohrförmigen Mischabschnitts (1) ist), welches mit dem stromaufwärtigen Ende (6) des Abschnitts (1) und mit einem Einlaß (11) für das zweite Fluid verbunden ist. Vorzugsweise ist eine ringförmige Einlaßöffnung (7) für das zweite Fluid zwischen der Wand der rohrförmigen Einlaßeinrichtung (5) und der ringförmigen Einlaßöffnung (2) gebildet.
Die ringförmige Einlaßöffnung (2) ist vorzugsweise zwischen der rohrförmigen Einlaßeinrichtung (4) und einer ortsfesten oder einstellbaren Ablenkeinrichtung (8) gebildet, die wenigstens teilweise darin angeordnet ist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die Ablenkeinrichtung (8) bzw. sind die Ablenkmittel (8) mit einer axial einstellbaren Positioniereinrichtung (9), beispielsweise eine Stange, verbunden, die sich vorzugsweise von dem stromaufwärtigen Ende der rohrförmigen Einlaßeinrichtung (4) zur Außenseite erstreckt und mit einer Betätigungseinrichtung (10) verbunden ist.
Ein Hauptvorteil des Vorhandenseins der einstellbaren Ablenkeinrichtung (beispielsweise in Form eines umgekehrten und wenigstens teilweise kegelstumpfförmigen Körpers), der (teilweise) in dem stromabwärtigen Ende der rohrförmigen Einlaßeinrichtung (4) angeordnet ist, besteht darin, daß es dadurch möglich ist, die Breite der ringförmigen Einlaßöffnung (2) und demgegemäß die Geschwindigkeit und in gewissen Fällen auch die Richtung des ringförmigen Stromes des ersten Fluids zu ändern, welches hier hindurchfließt, um optimales Abscheren und Zerstäuben des Fluidstromes durch das zweite Fluid zu erreichen, welches durch die ringförmige Öffnung (7) hindurch eintritt.
Die beiden Fluide werden darauffolgend in dem langgestreckten rohrförmigen Mischabschnitt (1) gemischt, der vorzugsweise ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 2 bis 25 und am meisten bevorzugt von 8 bis 20 hat, um ausgezeichnetes Mischen und teilweise Verdampfung in dem Fall zu erzielen, in welchem das erste Fluid eine Flüssigkeit ist, und die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird bei erhöhter Temperatur betrieben. Der stromabwärtige Teil (12) des rohrförmigen Mischabschnitts (1) kann eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen (13) aufweisen, um das erhaltene Fluidgemisch wenigstens teilweise in einer radialen Richtung zu verteilen, was zu ausgezeichnetem Mischen des Fluidgemisches mit flüssigem, gasförmigem und/oder teilchenförmigem Material führt, welches wenigstens einen Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung (den rohrförmigen Mischabschnitt (1)) umgeben kann. Die Auslaßöffnungen (13) sind vorzugsweise in im wesentlichen gleichen Abständen voneinander in dem stromabwärtigen Teil (12) der Wand des rohrförmigen Mischabschnitts (1) angeordnet.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, die zusätzlich zu den bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Elementen eine Abschirmeinrichtung (15) aufweist, die vorzugsweise wenigstens einen rohrförmigen Abschnitt (16) aufweist, der am meisten bevorzugt den stromabwärtigen Teil (12) des rohrförmigen Mischabschnitts (1) g1eichachsig umgibt, so daß eine ringförmige Öffnung (17) gebildet ist, die mit Schaufeln (18) versehen ist. Eine einzige Auslaßöffnung (13) für ein Fluidgemisch ist am stromabwärtigen Ende des Abschnitts (1) angeordnet. Eine Positionierstange (9) ist vorzugsweise geführt durch eine beispielsweise ringförmige Richteinrichtung (14), die wenigstens in dem oberen Abschnitt im Inneren der rohrförmigen Zuführeinlaßeinrichtung (4) angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Mischen eines ersten Fluids, welches kohlenwasserstof fhaltiges Material aufweist, und eines zweiten Fluids, welches Dampf aufweist (beispielsweise zum Einführen in eine Reaktionszone, wie beispielsweise eine Zone (19) zum Cracken mit fließfähigem bzw. fließendem Katalysator, die bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck betrieben wird und in welcher das erste Fluid im wesentlichen gecrackt wird), und das Verfahren umfaßt das Einführen eines ringförmigen Stromes eines ersten Fluids (durch die ringförmige Öffnung (2)) zusammen mit einem wenigstens teilweise umgebenden Strom eines zweiten Fluids über einen Einlaß (11) in das stromaufwärtige Ende (6) einer rohrförmigen Mischzone (1) und das Entfernen eines Fluidgemisches aus dem stromabwärtigen Ende (12) der rohrförmigen Mischzone (1) beispielsweise durch Führen des Gemisches zu der Reaktionszone (19), in welcher Ablenkmittel am stromaufwärtigen Endteil des Mischabschnitts vorgesehen sind, die einen umgekehrten und wenigstens teilweise kegelstumpfförmigen Körper aufweisen derart, daß das erste Fluid im wesentlichen vollständig aufgebrochen wird nach dem Eintreten in den stromaufwärtigen Endteil des rohrförmigen Mischabschnitts durch eine ringförmige Öffnung hindurch, die von dem zweiten Fluid umgeben ist, welches ein Abscheren und Zerstäuben des ersten Fluidstroms bewirkt. Der Mischvorgang kann ausgeführt werden innerhalb eines sehr weiten Temperaturbereichs, natürlich vorausgesetzt, daß keines der zugeführten Fluide sich zu großen Teilchen verfestigt. Fluide wie beispielsweise solche, die in einem katalytischen Crackverfahren angewendet werden, werden vorzugsweise gemischt bei Temperaturen von 0 bis 600ºC, und am meisten bevorzugt von 10 bis 400ºC. Der Mischvorgang wird vorzugsweise ausgeführt bei erhöhten Drücken, am meisten bevorzugt bei Drücken von 2 bis 100 bar absolut, und insbesondere bei 6 bis 50 bar absolut.
Ein Cracken mit fließfähigem bzw. fließendem Katalysator wird vorzugsweise ausgeführt bei einer Temperatur von 400 bis 800ºC und bei Drücken von 1,5 bis 10 bar absolut. Ein solches Verfahren wird vorteilhaft in einer Vorrichtung zum Cracken mit fließendem Katalysator von kohlenwasserstoffhaltigem Material wie zuvor erläutert und in Figur 2 teilweise dargestellt ausgeführt durch Einführen eines Stromes von Katalysatorteilchen (die beispielsweise von einem Katalysatorgenerator kommen) durch einen Einlaß (20) hindurch in den Bodenabschnitt (21) eines Steigerreaktors. Die Katalysatorteilchen werden fluidisiert und transportiert nach oben rund um eine Abschirmeinrichtung (15) und ein Abschirmrohr (18) mittels Dampf (oder eines anderen Gases), der über eine Leitung (22) in eine ringförmige oder ringartige Fluidisierungseinrichtung (23) eingeführt ist, die mit regelmäßig beabstandeten Fluidisierungsgasdüsen (24) versehen ist. Die aufwärts fließende fluidisierte Masse von Katalysatorteilchen wird ausgezeichnet gemischt mit einem Gemisch einer wenigstens teilweise zerstäubten Kohlenwasserstoffzufuhr und Dampf, welches mit relativ hoher Geschwindigkeit aus der Auslaßöffnung (13) austritt. Ein Kühlgas (beispielsweise Niederdruckdampf) kann durch eine Leitung (25) und einen ringförmigen Kühlgaseinlaßraum (26) hindurch in einen Raum (27) eingeführt und durch eine ringförmige Öffnung (17) weggeführt werden.
Die Verwendung eines einzigen rohrförmigen Mischabschnitts (1), der im Bodenabschnitt eines Steigerreaktors mittig angeordnet ist, führt zu sehr gleichmäßigem Mischen in einer relativ kurzen Zeitperiode; demgemäß ist die Länge des Steigerreaktorabschnitts, in welchem die Feststoffteilchen (Katalysatorteilchen) mit der Kohlenwasserstoffzufuhr gemischt werden, relativ kurz, was zu optimaler Ausnutzung des verbleibenden (oberen) Abschnitts des Steigerreaktors für das eigentliche katalytische Cracken führt.
Weiterhin ist beim Ausführen des Verfahrens gemäß der Erfindung nur eine relativ kleine Gasmenge (beispielsweise Dampf) erforderlich zum Injizieren einer gegebenen Menge an Flüssigkeit. Zusätzlich ist die Koksbildung an den Katalysatorteilchen und an den Wänden der Reaktionszone und der Mischeinrichtung verringert als Ergebnis der optimalen Verteilung der Kohlenwasserstoffzufuhr über die genannten Teilchen in der Reaktionszone.
Die Erfindung betrifft weiterhin Kohlenwasserstoffe, die durch ein Verfahren gemäß vorstehender Beschreibung erhalten worden sind.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels erläutert.

Beispiel

Ein Zufuhrstrom von schwerem Kohlenwasserstofföl tritt in den Einlaß (3) der Vorrichtung gemäß Fig. 2 bei einer Temperatur von 250ºC und einem Druck von 12 bar absolut ein und wird im rohrförmigen Mischabschnitt (1), der eine Länge von 3 in und einen Durchmesser von 0,20 m hat, mit Dampf gemischt, der über den Einlaß (11) bei einer Temperatur von 300ºC und einem Druck von 8 bar absolut eingeführt wird. Das erhaltene Gemisch aus Öl und Dampf fließt mit einer Geschwindigkeit von höher als 50 m/s durch die Auslaßöffnung (13) in die Reaktionszone (19), die bei einem Druck von 3 bar absolut und einer Temperatur von 520ºC betrieben wird. Regenerierte Katalysatorteilchen auf der Basis von Siliciumoxyd-Aluminiumoxyd werden über den Einlaß (20) bei einer Temperatur von 700ºC in die Reaktionszone (19) eingeführt, in welcher die Katalysatorteilchen mit dem Öl/Dampf-Gemisch kontaktiert werden.

Claims

1. Vorrichtung bzw. Apparat zum Cracken von kohlenwasserstoffhaltigem Material mit fließendem Katalysator, umfassend ein im wesentlichen vertikal angeordnetes rohrartiges Gehäuse, welches einen rohrförmigen Mischabschnitt (1) hat, der wenigstens teilweise im Inneren des Bodenabschnitts des Gehäuses angeordnet ist und der in seinem stromaufwärtigen Endteil (6) eine ringförmige Einlaßöffnung (2) für ein erstes Fluid, welches kohlenwasserstoffhaltiges Material aufweist, eine innen im wesentlichen gleichachsig angeordnete Einlaßeinrichtung (5) für ein zweites Fluid, welches Dampf aufweist, und eine Auslaßöffnung (13) für ein Fluidgemisch hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkeinrichtung (8) am stromaufwärtigen Endteil (6) des Mischabschnitts vorgesehen ist, die einen umgekehrten, wenigstens teilweise kegelstumpfförmigen Körper aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die rohrförmige Einlaßeinrichtung (5) für das zweite Fluid mit dem stromaufwärtigen Endteil (6) des rohrförmigen Mischabschnitts verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine ringförmige Einlaßöffnung (7) für das zweite Fluid zwischen der Wand der rohrförmigen Einlaßeinrichtung (5) für das zweite Fluid und der ringförmigen Einlaßöffnung (2) für das erste Fluid gebildet ist.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ringförmige Einlaßöffnung (2) für das erste Fluid im Inneren der rohrförmigen Einlaßeinrichtung (4) für das erste Fluid gebildet und im wesentlichen gleichachsig wenigstens teilweise in der Einlaßeinrichtung (5) für das zweite Fluid angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die ringförmige Einlaßöffnung (2) für das erste Fluid zwischen der rohrförmigen Einlaßeinrichtung (4) für das erste Fluid und der Ablenkeinrichtung (8) gebildet und wenigstens teilweise darin angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ablenkeinrichtung (8) mit einer axial einstellbaren Positioniereinrichtung (9) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Positioniereinrichtung (9) sich vom stromaufwärtigen Ende der rohrförmigen Einlaßeinrichtung für das erste Fluid zur Außenseite erstreckt und mit einer Betätigungseinrichtung (10) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das stromabwärtige Ende des rohrförmigen Mischabschnitts (12) eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen (13) für das Fluidgemisch aufweist.

9. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der rohrförmige Mischabschnitt (1) ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 2 bis 25, und am meisten bevorzugt von 8 bis 20 hat.

10. Verfahren zum Mischen eines ersten Fluids, welches kohlenwasserstoffhaltiges Material aufweist, und eines zweiten Fluids, welches Dampf aufweist, zum Einführen in eine Crackzone (19) mit fließendem Katalysator, in welcher das erste Fluid nachfolgend gecrackt wird, wobei das Verfahren das Einführen eines ringförmigen Stromes des ersten Fluids zusammen mit einem wenigstens teilweise umgebenden Strom des zweiten Fluids in das stromaufwärtige Ende (6) eines rohrförmigen Mischabschnitts (1) und das Entfernen eines Fluidgemisches aus dem stromabwärtigen Ende der rohrförmigen Mischzone umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß Ablenkmittel (8) am stromaufwärtigen Endteil (6) des Mischabschnitts (1) vorgesehen werden, die einen umgekehrten, wenigstens teilweise kegelstumpfförmigen Körper aufweisen derart, daß das erste Fluid im wesentlichen vollständig aufgebrochen wird nach dem Eintreten in den stromaufwärtigen Endteil des rohrförmigen Mischabschnitts (1) durch eine ringförmige Öffnung (2) hindurch, und zwar umgeben von dem zweiten Fluid, welches ein Abscheren und Zerstäuben des ersten Fluidstromes bewirkt.