DE69324009T2 - Katalytisches krackverfahren - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterialien.
• Verfahren zum Cracken von Kohlenwasserstoffbeschickungen mit heißen, regenerierten, verwirbelten Katalysatorpartikeln sind generisch als "katalytisches Wirbelschichtcracken" (FCC) bekannt.
• Destillierte Beschickungen, wie Gasöle, stellen bevorzugte Beschickungen für das FCC dar. Derartige Beschickungen enthalten wenig Metallverunreinigungen und erzeugen beim Cracken weniger Koks als höhersiedende Beschickungen. Die höheren Kosten destillierter Beschickungen sind jedoch ein deutlicher Anreiz, beim FCC höhersiedende Beschickungen, z. B. Rückstandsöle, zu verwenden. Rückstände enthalten im allgemeinen mehr Metalle, die den Katalysator vergiften, und reichlich Koksvorstufen, Asphaltene und mehrkernige Aromaten, die eher als Koks auf dem Katalysator statt als Crackprodukt enden. Rückstände lassen sich in FCC-Anlagen auch schwer verdampfen. Die Betreiber von FCC-Anlagen kennen das große Problem beim Cracken von Rückständen und den möglichen Gewinn genau, da diese hochsiedenden Beschickungen viel billiger als destillierte Beschickungen sind.
• Die meisten Betreiber von FCC-Anlagen, die einen Rückstand cracken, mischen einfach eine geringe Menge des Rückstands, in der Größenordnung von 5 oder 10 Gew.-%, mit der destillierten Beschickung und führen diese gemischte Beschickung der Basis des Risers zu. Es ist jedoch auch bekannt, unterschiedliche Beschickungsarten an unterschiedlichen Niveaus in einem FCC-Riser zu cracken. US-Patent 4 422 925 offenbart zum Beispiel ein FCC-Verfahren mit einer leichten bzw. geringsiedenden Beschickung, die der Basis eines Risers zugeführt, und einer höhersiedenden Beschickung mit einer größeren Neigung zur Koksbildung, die weiter oben im Riser zugeführt wird. US-Patent Nr. 4 218 306 beschreibt in ähnlicher Weise das Cracken von Gasölen in einem unteren Teil eines Risers, und danach das Cracken einer schwierigeren Beschickung, wie Gasöl einer Verkokereinrichtung, in einem oberen Abschnitt des Risers.
• Das Mischen von Beschickungen oder das Aufspalten von Beschickungen, wobei eine höhersiedende Beschickung weiter oben im Riser zugeführt wird, ist nicht vollkommen zufriedenstellend, wenn die Beschickungen große Mengen an Rückstand oder Asphaltenen enthalten, deren schnelles Verdampfen an der Basis eines Risterreaktors schwierig ist.
• Die meisten Anlagen, die Rückstände cracken, wählen den Versuch mit einer gemischten Beschickung und versuchen, das Verfahren zu verbessern, indem sie relativ große Mengen Zerstäubungsdampf benutzen. Obwohl herkömmliche FCC-Anlagen, die vollständig destillierbare Beschickungen cracken, somit mit der hochsiedenden Beschickung 1 oder 2 Gew.-% Dampf zusetzen können, um das Zerstäuben zu verbessern, fügen jene Anlagen, die höhersiedende, viskosere Beschickungen cracken, deutlich mehr Dampf zu, 3, 4 oder 5 Gew.-% Dampf oder sogar mehr. Obwohl mehr Zerstäubungsdampf gewöhnlich die Crackleistung verbessert, erhöht sie die Belastung für die Hauptkolonne ebenfalls wesentlich und schränkt den Durchsatz der primären Beschickung ein. Dampf verringert den Partialdruck von Kohlenwasserstoff, was vorteilhaft ist, jedoch den Gesamtdruck erhöht, wodurch die Betriebskosten steigen. Die mit Crackrückständen verbundene zunehmende Verwendung von Dampf erzeugt auch große Mengen an saurem Wasser, die ein Entsorgungsproblem darstellen.
• Ein weiterer Vorschlag zur Behandlung von Rückstandsbeschickungen besteht im Einführen der rückstandshaltigen Beschickung in die Basis des Risers, dem augenblicklichen Cracken dieser bei ungewöhnlich hoher Temperatur, dem anschließenden Abschrecken mit einer Kühlvorrichtung, wie Wasser oder einem geringersiedenden Rückführöl weiter oben im Riser. Nach diesem Vorschlag sind die höheren Temperaturen ausreichend, damit die Asphaltene durch einen Wärmeimpuls zu kleineren Molekülen werden, die dann katalytisch gecrackt werden können. Ein Beispiel eines solchen Vorschlags ist US 4 818 372, das das schnelle Abkühlen mit einem Hilfsfluid innerhalb von einer Sekunde beschreibt, während die rückstandshaltige Beschickung der Basis des Risers zugeführt wird. Dieses Verfahren zeigt jedoch eine Anzahl von Problemen, da das schnelle Abkühlen das Ausmaß der Hochtemperaturumwandlung einschränkt und große Mengen eines Abschreckfluids, entweder große Mengen von Wasser oder sogar größere Mengen eines rezirkulierten Fluids, wie Rückführöl, erfordert. Das Abschrecken mit Wasser erhöht den Druck der Anlage und verstärkt die Erzeugung von saurem Wasser, so wie es nicht einmal die größere Verwendung von Zerstäubungsdampf bewirkt. Das Abschrecken mit LCO oder HCO erzeugt aufgrund des geringeren Molvolumens nicht so ein deutliches Druckproblem wie das Wasser, es führt jedoch zu einem gewissen Verlust bei der Crackkapazität des Risers und einer deutlich höheren Belastung der Hauptkolonne,
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zum katalytischen Cracken eines hochsiedenden Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials.
• Folglich besteht die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zum katalytischen Cracken eines hochsiedenden Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials durch den Kontakt des Beschickungsmaterials in einem senkrechten Riserreaktor mit einer Quelle eines heißen, regenerierten Crackkatalysators, wodurch katalytisch gecrackte Dämpfe und ein verbrauchter Crackkatalysator erzeugt werden, wobei die gecrackten Dämpfe abgezogen und der verbrauchte Crackkatalysator regeneriert wird, wodurch ein heißer regenerierter Crackkatalysator erzeugt wird, der zum Kontakt mit der hochsiedenden Beschickung rezirkuliert wird, wobei das hochsiedende Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial neben der Basis des Reaktors mit dem heißen Regenerierung Crackkatalysator gemischt und beim Aufwärtsströmen der Mischung durch den Riser mindestens 1 Sekunde lang und innerhalb zumindest der ersten 50% der Länge des Risers von der Basis durch den Katalysator thermisch und katalytisch gecrackt wird und wobei die Mischung anschließend nach mindestens 1,5 Sekunden Verweilzeit des Dampfes in einer Abschreckzone, die innerhalb der ersten 90% der Länge des Riserreaktors von der Basis angeordnet ist, abgeschreckt wird, indem ein Abschreckfluid in einer ausreichenden Menge eingesprüht wird, um die Temperatur im Riser mindestens 3ºC (5ºF) zu verringern.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, worin:
• Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform mit oberen Abschreckpunkten im Riser und ansaugenden Abschreckdüsen ist;
• Fig. 2 eine graphische Darstellung der Ausbeuten gegenüber den Abschreckpunkten und Abschreckmengen ist.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, die nicht maßstabsgerecht ist, wird eine hochsiedende Beschickung durch den Einlaß 4 dem Boden eines Riserreaktors 2 zugeführt. Durch die Leitung 14, die mit einem Strömungsregelventil 16 ausgestattet ist, wird heißer regenerierter Katalysator zugesetzt. Ein bevorzugtes, jedoch wahlfreies Hubgas wird durch die Leitung 18 unterhalb des Einlasses für den regenerierten Katalysator eingeführt. Der Riserreaktor 2 ist ein längliches, zylindrisches Rohr mit glatten Wänden, das regelmäßig breiter wird, um die Volumenausdehnung im Riser aufzunehmen. Der engste Abschnitt des Risers ist der Basisbereich 120, wobei der mittlere Bereich 130 breiter ist, und der sich in den Katalysatorstripper 6 erstreckende obere Bereich 140 am breitesten ist. Eine solche Konfiguration des Risers ist herkömmlich.
• Das bevorzugte, jedoch wahlfreie Hubgas aus einer externen Quelle oder ein rezirkulierter Vorlauf von der Hauptfraktionierkolonne, durch die Leitung 18 zugeführt, trägt zum Konditionieren des Katalysators bei und glättet die Stromlinienbilder des Katalysators, bevor der Katalysator auf die eingesprühte Beschickung trifft. Die Beschickung wird gewöhnlich durch 4 bis 10 Zerstäubungsdüsen für die Beschickung eingesprüht, damit sie mit dem heißen regenerierten Katalysator in Kontakt kommt, der die Beschickung verdampft und eine Suspension in verdünnter Phase bildet, die im Riser nach oben gelangt.
• Bei etwa 2/3 des Weges im Riser nach oben wird durch verschiedene Schichten radial verteilter Abschreckdüsen Abschreckfluid eingesprüht. Bei der gezeigten Ausführungsform wird Dampf aus der Leitung 200 durch den Dampfverteilerring 202 einer Anzahl von Düsen 204, 206 zugeführt. Diese Düsen haben ein relativ enges Sprühmuster und sind auf einen Konvergenzpunkt 50, etwa 1,25 Durchmesser des Risers stromabwärts des ersten Düsenrings, gerichtet.
• Ein zweiter Düsensatz schreckt mit einer rezirkulierten hochsiedenden Naphthafraktion ab, die durch die Leitung 27 und den Verteilerring 222 einer Anzahl von Düsen 224, 226 zugeführt wird. Die Düsen für die Naphthaabschreckung können mit jenen identisch sein, die für das Einsprühen von Dampf verwendet werden. Den Abschreckströmen in Form von geringsiedendem flüssigem Kohlenwasserstoff wird gewöhnlich durch Pumpen (nicht gezeigt) oder durch die Zufuhr von Dampf, vorzugsweise Dampf mit mäßigem oder hohem Druck, zusätzliche Energie zugeführt. Der Konvergenzpunkt der Düsen 224, 226 ist vorzugsweise ebenfalls der Punkt 50.
• Nach einer anderen Ausführungsform kann ein einzelner Düsensatz verwendet werden, der eine Mischung aus Dampf und Kohlenwasserstoff einsprüht.
• Die gezeigte Bauart führt zu einer effektiven Verwendung eines großen Teils der herkömmlichen, mit Riserreaktoren verbundenen Bauteile und benutzt diese zur Annäherung an eine Venturi-Form. Die meisten Riser weisen längliche Abschnitte auf, diese werden jedoch nicht vorteilhaft ausgenutzt, und die Erweiterung kann den unerwünschten Katalysatorrückfluß verschlimmern, indem direkt stromabwärts jedes Punktes, an dem der Riserdurchmesser zunimmt, ein eher stagnierender Bereich erzeugt wird. Dies fördert das Anwachsen eines Rings des zurückfließenden Katalysators, der lange Zeit im Riser gefangen gehalten wird, im Riser hin und her zirkuliert, keine vorteilhafte Funktion ausübt und Kokswerte aufbaut.
• Nach dem Abschrecken und dem zusätzlichen Cracken in einem begrenzten Umfang im oberen Abschnitt des Risers 140 gelangen Crackprodukte und verkokter Katalysator in eine Feststoff/Dampf-Trenneinrichtung, wie einen herkömmlichen Zyklonabscheider (nicht gezeigt). Der abgetrennte verkokte Katalysator gelangt dann in den Katalysatorstripper 6, dem durch die Leitung 100 und den Dampfverteilerring 102 Strippingdampf zugeführt wird, um die mitgerissenen Kohlenwasserstoffe vom verkokten Katalysator zu strippen. Die Crackprodukte werden durch die Leitung 8 aus dem Regenerator abgezogen, und der gestrippte verkokte Katalysator wird durch die Leitung 10 abgezogen und in den Regenerator 12 eingeführt. Dann wird der Katalysator durch den Kontakt mit einem sauerstoffhaltigen Gas, gewöhnlich Luft, das durch die Leitung 9 zugeführt wird, regeneriert. Das Abgas wird durch die Leitung 11 aus dem Regenerator abgezogen.
• Die Beschickungstemperatur liegt gewöhnlich bei 150 bis 375ºC (300 bis 700ºF) wohingegen der Regenerator bei 650 bis 760ºC (1.200 bis 1.400ºF) arbeitet. Einige Regeneratoren arbeiten sogar heißer, wie zweistufige Regeneratoren, und diese können genauso beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Das Gewichtsverhältnis von Katalysator : Beschickung beträgt gewöhnlich mindestens 4 : 1, vorzugsweise 4 : 1 bis 10 : 1, es wird je nach Erfordernis eingestellt, um eine Auslaßtemperatur des Reaktors von 500 bis 550ºC (932 bis 1.020ºF) zu halten.
• Die meisten FCC-Riserreaktoren arbeiten mit einem Zusatz von regeneriertem Katalysator, der durch eine Steuerung der Temperatur an der Oberseite des Reaktors eingestellt wird. Der Zusatz eines Abschreckfluids verringert die Temperatur an der Oberseite des Risers, was zu einem größeren Zusatz von Katalysator an der Basis des Risers führt. Der reine Effekt der Abschreckung besteht in höheren Temperaturen an der Basis des Risers und mehr oder weniger herkömmlichen Temperaturen an der Oberseite des Risers. Es können auch andere Regelschemata benutzt werden, z. B. der konstante Zusatz von regeneriertem Katalysator bei variablem Vorwärmen der Beschickung, damit die Temperatur an der Oberseite des Risers konstant gehalten wird.
• Das Crackprodukt aus der FCC-Anlage strömt durch die Leitung 8 zur Hauptfraktionierkolonne 20, worin das Produkt in einen hochsiedenden Ölschlammstrom 22, hochsiedendes Destillat 24, geringsiedendes Destillat 26, hochsiedendes Naphtha 27, geringsiedendes Naphtha 28 und einen leichten Kopfproduktstrom 30 getrennt wird, der reich an C&sub2;- C&sub4;-Olefinen, gesättigten C&sub1;-C&sub4;-Verbindungen und anderen gecrackten Leichtgaskomponenten ist. Herkömmlich wird ein Teil der hochsiedenden Naphthafraktion mit einer nicht gezeigten Einrichtung als Produkt abgezogen, wobei der Rest zur Verwendung als Abschreckung rezirkuliert wird.
• Der gecrackte Leichtgasstrom wird gewöhnlich in einer Anlage 35 für ungesättigtes Gas behandelt, um verschiedene Leichtgasströme, ein schließlich eines C&sub3;-C&sub4;-Flüssiggasstroms in der Leitung 36, und gegebenenfalls C&sub2;&submin;-Abgas oder dgl. zu gewinnen, das durch die Leitung 32 erhalten wird. Ein Leichtgasstrom, der reich an H&sub2; ist, kann durch die Leitung 34 und nicht gezeigte Leitungen von der Gasanlage rezirkuliert werden, damit er insgesamt oder teilweise als Hubgas benutzt wird, das für den Kontakt des Katalysators an der Basis des Risers verwendet wird.
Crackbedingungen im Riser - Vorheriges Abschrecken
• Die Bedingungen an der Basis des Risers können mehr oder weniger herkömmlich sein, obwohl die Temperatur an der Basis des Risers vorzugsweise 6 bis 30ºC (10 bis 50ºF) höher als die ist, die herkömmlich beim Cracken in einem FCC-Riser angewendet wird. Typischerweise beträgt die Temperatur an der Basis des Risers 510 bis 620ºC (950 bis 1.150ºF), vorzugsweise 540 bis 590ºC (1.000 bis 1.100ºF).
• Die Anwendung einer hohen Temperatur an der Basis des Risers, die typischerweise dadurch erreicht wird, daß ein hohes Katalysator/Öl- Verhältnis von mindestens 4 : 1 angewendet wird, fördert sowohl das thermische als auch katalytische Cracken der Beschickung. Die hohe Temperatur an der Basis des Risers verringert auch die Tendenz, daß die sauren Plätze des Crackkatalysators durch basische Stickstoffverbindungen neutralisiert werden. Die höheren Temperaturen des Crackkatalysators sind ausreichend, damit zumindest ein Teil der basischen Stickstoffverbindungen in der Beschickung desorbiert oder deren Adsorption verhindert wird.
Abschreckung
• Es ist wichtig, daß das Abschrecken nach dem Mischen von regeneriertem Katalysator und Beschickungsmaterial nicht zu schnell erfolgt. Das Abschrecken tritt vorzugsweise nur auf, nachdem der Katalysator den größten Teil seiner ursprünglichen Aktivität durch eine Koksbildung verloren hat. Aufgrund des extrem aktiven Katalysators und der hohen Temperatur herrscht das katalytische Cracken an der Basis des Risers vor. Der Katalysator wird schnell deaktiviert, und nach dem Abschrecken werden alle Reaktionen, sowohl thermische als auch katalytische, in den oberen Abschnitten des Risers vermindert. Die Aktivierungsenergie für die Koksreaktionen ist geringer als die für katalytische Crackreaktionen. Deshalb wird im unteren Abschnitt des Risers die Rate der katalytischen Crackreaktionen im Verhältnis zu den Koksreaktionen erhöht.
• Eine Verzögerung der Abschreckung führt somit zu einer Verbesserung der Selektivität als auch zu einer Erhöhung der Severity. Dies wird aus Fig. 2 deutlich, die zeigt, daß die Benzinausbeute zunimmt, wenn die Abschreckung so angeordnet wird, daß sie nach zumindest 1,5 Sekunden Verweilzeit und vorzugsweise nach 2,0 Sekunden Verweilzeit auftritt.
• Es ist jedoch auch wichtig, daß die Abschreckung ausreichend vor dem Riserauslaß erfolgt, so daß dem anfänglichen thermischen und katalytischen Cracken bei strengen Bedingungen ein weiteres Cracken bei herkömmlichen Bedingungen für das Cracken im Riser oder darunter folgt. Das Abschrecken am oder zu nahe am Auslaß des Risers, d. h. innerhalb von 1/2 Sekunden des Riserauslasses, erreicht das gewünschte Ergebnis nicht; im wesentliche das gesamte Cracken im Reaktor tritt bei allzu harten Bedingungen auf. Dadurch werden das Benzin zu stark gecrackt und die Benzinausbeute verringert.
• Statt eines Bezugs auf die Verweilzeit des Dampfes, die von Anlage zu Anlage stark schwankt und schwer zu berechnen ist, kann eine Abschreckung an folgenden Teilstellen des Risers in Betracht gezogen werden. Bei einem Riser, der mit einer Verweilzeit des Dampfes von 4 Sekunden oder mehr arbeitet, sollte das Abschrecken im allgemeinen vorzugsweise bei mehr als 1/3 des Weges im Riser nach oben und stärker bevorzugt bei 1/2 des Weges im Riser nach oben erfolgen. In vielen Anlagen stellt das Abschrecken bei etwa 50 bis 80% des Weges im Riser nach oben oder sogar später ein Optimum dar.
• Es kann jedes herkömmliche Abschreckfluid, wie kalte Feststoffe, Wasser, Dampf oder inerte verdampfbare Flüssigkeiten, wie Kreislauföle und Ölschlämme, oder andere aromatenreiche Ströme, verwendet werden. Vorzugsweise werden Flüssigkeiten verwendet, so daß von einem gegebenen Gewicht des zugesetzten Fluids mehr Wärme gewonnen werden kann. Die Verwendung einer reaktiven Abschreckflüssigkeit, die endotherme Reaktionen fördert, kann unter gewissen Umständen bevorzugt sein. Die bevorzugten Abschreckfluide sind Wasser, Dampf, rezirkuliertes hochsiedendes Naphtha oder leichtes Rückführöl (LCO) und Mischungen davon.
• Die Menge der Abschreckung, wobei ein perfektes Vermischen der Abschreckung mit dem Material im Riser angenommen wird, am Einsprühpunkt der Abschreckung sollte ausreichend sein, damit die Temperatur im Riser um mindestens 3ºC (5ºF) und vorzugsweise um 5 bis 55ºC (9 bis 100ºF) und besonders bevorzugt um 10 bis 50ºF (6 bis 30ºC) verringert wird. Die optimale Menge der Abschreckung ändert sich je nach Abschreckpunkt im Riser.
• Die vorliegende Erfindung kann besonders gut in Raffinerien angewendet werden, bei denen Flaschenhälse in einer stromabwärts verarbeitenden Anlage die Menge der Abschreckung einschränken. Die Hauptkolonne stellt ein Beispiel eines solchen Flaschenhalses dar, wobei es durch einen zu starken Umlauf von hochsiedendem Naphtha zum Fluten kommen kann. Ein anderer Typ eines Flaschenhalses tritt dann auf, wenn die Anlage große Mengen von Dampf oder saurem Wasser von der verwendeten Wasserabschreckung nicht tolerieren kann. Bei diesen Anlagen führt die Verwendung von 20 bis 80% der "herkömmlichen" Abschreckungsmenge, die viel später im Riser zugesetzt wird, zu Benzinausbeuten, die denen ähnlich sind, die mit großen Abschreckungsmengen in der Nähe der Basis des Risers erreicht werden.
• Bei FCC-Anlagen ohne Einschränkungen für die Abschreckungsmenge ist es auch möglich, die Benzinausbeuten deutlich zu verbessern, wenn herkömmliche Mengen einer Abschreckung verwendet und diese dem Riser später zugesetzt werden.
Elektoren für das Abschreckfluid
• Durch die Abschreckung wird dem Riser zusätzliches Fluid zugeführt, der resultierende höhere Druck im Riser kann jedoch durch die Verwendung von Ansaugdüsen eingeschränkt werden, die als Dampfstrahl-Ejektoren oder -Eduktoren in der Nähe der Oberseite des Risers wirken.
• Dampfstahl-Ejektoren sind ein vereinfachter Typ einer Vakuumpumpe oder eines Kompressors ohne sich bewegende Teile. Sie werden gewöhnlich in Raffinerien benutzt und ausgiebig in Perry's Chemical Engineer's Handbook, 6. Aufl., Abschnitte 6-13 bis 6-35 beschrieben.
• Abschreckdüsen können, besonders beim Einsprühen von Dampf oder einer Mischung von Dampf/Wasser, fast wie Dampfstrahl-Ejektoren den Inhalt des Risers anheben oder in Richtung des Auslasses treiben. Für einen maximalen Effekt ist es bevorzugt, eine Bauart, die der von Fig. 6-71 Booster-Ejektor ähnlich ist, mit mehreren Dampfdüsen und einer Venturi-Engstelle zu verwenden.
• Durch die Verwendung mehrerer Abschreckdüsen, mindestens 6 oder 8 radial verteilte Düsen mit Auslässen in der Nähe der senkrechten Wände des Riserreaktors, wird es möglich, signifikante Mengen des verbrauchten Katalysators zu entfernen, der dazu neigt, sich in der Nähe der Wände des Risers als Ring anzusammeln und der den wirksamen Innendurchmesser des Risers verringert.
• Eine Venturi-Engstelle kann dadurch erzeugt werden, indem die Düsen, oder alle Schichten der Düsen, wenn zwei oder mehr Düsenringe verwendet werden, auf einen Konvergenzpunkt von 0,5 bis 2,5 Riserdurchmesser stromabwärts der Düsen gerichtet werden.
• Eine mechanische Annäherung an einen Venturi-Abschnitt kann erreicht werden, wenn die Düsen an oder direkt unter oder sogar etwas über einer Stelle im Riser angeordnet werden, an der der Durchmesser des Risers zunimmt. Dadurch dient eine herkömmliche Konfiguration des Risers mit einem zunehmenden Durchmesser einer molaren Expansion, so daß es annähernd zu einer Venturi-Strömung oder zumindest zum Expansionsabschnitt einer Venturi-Strömung kommt.
• Bei einem senkrechten Riserreaktor sollten die Abschreckdüsen in einem Winkel im Bereich von 30 bis annähernd 90º zur Waagerechten und vorzugsweise in einem Winkel im Bereich von 45 bis 80º zur Waagerechten auf einen Punkt auf der Mittellinie des senkrechten Riserreaktors gerichtet sein.
• Nach einer anderen Ausführungsform kann eine oder vorzugsweise eine Anzahl von Abschreckdüsen verwendet werden, die stromabwärts zum Riserauslaß zeigen, um eine Abschreckung vorzunehmen und gleichzeitig einen gewissen Absaugeffekt zu erreichen.
• Das Abschreckfluid ist vorzugsweise Dampf oder eine verdampfbare Flüssigkeit, die durch Zerstäubungsdüsen für die Beschickung zugesetzt werden, die so hinzugefügt sind, daß ein maximaler Absaugeffekt erreicht wird. Die einfachste Ausführungsart besteht darin, die Düsen in einer stromabwärtigen Richtung im Verhältnis zur Fluidströmung im Riser auszurichten. Dies ist gewöhnlich nicht der schnellste Weg, das Fluid im Riser abzuschrecken; wenn das Abschreckfluid senkrecht oder im Gegenstrom eingesprüht wird, wäre dies in Anbetracht einer sofortigen Abschreckung möglicherweise am effektivsten. Das Einsprühen der Abschreckung in Querströmung oder im Gegenstrom erhöht jedoch auch den Druck im Riser, was zu geringeren Benzinausbeuten führt.
• Das ansaugende oder absaugende Abschrecken arbeitet besonders gut, wenn relativ hohe Austrittsgeschwindigkeiten der Düse verwendet werden, vorzugsweise mehr als 30 m/s (100 fps) und besonders bevorzugt mehr als 61 m/s (200 fps). Dies ermöglicht, daß das Abschreckfluid eine gewisse nützliche Arbeit verrichtet, indem der Gesamtdruck im Riser, der Druckabfall im Riser und die Verweilzeit des Katalysators verringert werden.
Temperatur an der Oberseite des Risers
• Obwohl die Bedingungen an der Basis des Risers strenger als die sind, die mit herkömmlichen FCC-Verfahren verbunden sind, kann die FCC- Anlage an der Oberseite des Risers und stromabwärts des Risers herkömmlich arbeiten und tut dies vorzugsweise auch. Wenn große Mengen von Rückständen verarbeitet werden, insbesondere jene, die große Mengen eines reaktiven Materials enthalten, das in den Verfahrensgefäßen und den Förderleitungen schnell Koks bildet, kann es bevorzugt sein, mit herkömmlichen Temperaturen an der Oberseite des Risers oder sogar etwas unterhalb dieser normalen Temperaturen zu arbeiten. In vielen Fällen sind Temperaturen an der Oberseite des Risers von 510 bis 565ºC (950 bis 1.050ºF) befriedigend.
Katalysator
• Ein herkömmlicher FCC-Katalysaytor, d. h. die Art eines Gleichgewichtskatalysators, die in den meisten FCC-Anlagen vorhanden ist, kann hier verwendet werden. Sehr aktive Katalysatoren mit einem hohen Zeolithgehalt sind bevorzugt.
• In vielen Fällen ist es vorteilhaft, einen oder mehrere Zusatzkatalysatoren zu verwenden, die entweder in den herkömmlichen FCC-Katalysator eingeführt, dem zirkulierenden Bestand in Form getrennter Zusatzpartikel zugesetzt oder so zugegeben werden, daß der Zusatz nicht mit dem FCC-Katalysator zirkuliert.
• ZSM-5 stellt einen bevorzugten Zusatz dar, der entweder als Teil des herkömmlichen FCC-Katalysators oder als getrennter Zusatz verwendet wird.
• Zusätze, die SOX einfangen und kommerziell erhältlich sind, können benutzt werden, um den SOX-Wert im Abgas des Regenerators zu verringern. Zusätze für die Verbrennung von CO, gewöhnlich Pt auf einem Träger, werden von den meisten Raffineuren verwendet, um die CO-Verbrennung im FCC-Regenerator zu fördern.
Zusammensetzung der Beschickung
• Die vorliegende Erfindung kann bei allen FCC-Beschickungen angewendet werden. Das Verfahren kann bei destillierten Beschickungen, wie Gasölen oder Vakuumgasölen, oder höhersiedenden Beschickungen, wie Rückständen oder Vakuumrückständen, benutzt werden. Bevorzugte Beschickungen enthalten mindestens 10 Gew.-% eines oberhalb von 500ºC siedenden Materials und enthalten vorzugsweise 20, 25, 30% oder mehr eines derartigen hochsiedenden Materials.
• Es kann auch eine Mischung aus einem Rückstand und herkömmlichen FCC-Umlaufströmen, wie leichtes Rückführöl, schweres Rückführöl oder Ölschlamm, verwendet werden. In diesem Fall wirkt der FCC- Umlaufstrom grundsätzlich als Verdünnungsmittel oder Trennmaterial, dessen primärer Zweck darin besteht, die Rückstandsbeschickung zu verdünnen, damit sie sich leichter pumpen und an der Basis des Riserreaktors verteilen läßt.
BEISPIEL
• Es wurden verschiedene Computersimulationen durchgeführt, um den Einfluß der Zugabe verschiedener Mengen eines Naphtha-Abschreckfluids an verschiedenen Punkten im Riser auf das Cracken eines sauren Gasöls in einem Riser zu testen.
• Diese Computermodelle dienen häufig der Vorhersage des FCC-Verfahrens in kommerziellen Raffinerieren und sind vermutlich eine zuverlässige Vorhersage der Leistung einer Anlage. Das Modell ist auch flexibler und übereinstimmender als ein einzelner Test.
• Die Basis für die Simulationen war ein FCC-Riserreaktor mit kommerziellem Ausmaß, mit einem Durchsatz von 12.700 m³/Tag (80.000 bpd) und einem Anfangsdurchmesser von 1,1 m (3,5 ft), der sich am Riserauslaß auf 2,3 m (7,5 ft) erweiterte, und einer Gesamtlänge von 47 m (155 ft). Die gesamte Verweilzeit des Dampfes im Riserreaktor betrug 4 Sekunden.
• Die Eigenschaften der Beschickung in Form eines sauren Gasöles und des hochsiedenden Naphthas lauteten:
• * wt ppm = Gewichtsteile pro Million
• Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle gezeigt und in der Fig. 2 graphisch dargestellt.
• Die Modellberechungen zeigen, daß bei relativ großen Mengen der Abschreckung, 15,0 Gew.-% hochsiedendes Naphtha, die optimale Abschreckstelle bei 2, 2 Sekunden Verweilzeit im Riser lag.
• Die Modellberechnungen zeigen auch, daß die Verwendung von 10,0 Gew.-% einer hochsiedenden Naphthabeschickung bei 2,2 Sekunden Verweilzeit der Verwendung von 50% oder mehr der Abschreckung innerhalb von 0,2 Sekunden Verweilzeit äquivalent war. Es ist offensichtlich, daß dies das Luftgebläse und die Hauptkolonne weniger belasten würde.
• Die Verwendung von nur mäßigen Mengen einer Abschreckung, z. B. gerade 5 Gew.-%, nach dem mittleren Abschnitt des Risers verbessert die Benzinausbeuten gegenüber dem Basisfall signifikant, es wird jedoch im Vergleich mit der herkömmlichen Praxis, bei der die Abschreckung nahe der Basis des Risers zugesetzt wird, viel weniger vom Riser viel weniger hochsiedendes Naphtha zugeführt.
• Folglich erhalten die Raffineure durch das erfindungsgemäße Verfahren eine größere Flexibilität, um den Betrieb ihrer FCC-Anlagen zu verbessern. Anlagen, die große Mengen eines Abschreckfluids tolerieren können, können die Umwandlung deutlich verbessern und die Benzinausbeute erhöhen. Anlagen, die durch ihre Möglichkeiten bei der Tolerierung einer Abschreckung eingeschränkt sind, können durch verzögertes Abschrecken die höheren Umwandlungen erreichen, die für das Abschrecken mit größeren Mengen der Abschreckung innerhalb von 1 Sekunde der Verweilzeit des Dampfes im Riser charakteristisch sind.
• Die Zufuhr großer Mengen eines verdampfbaren Abschreckfluids bei mehr als der Hälfte des Weges durch den Riser verbessert auch das Crackverfahren, indem es zu einer wesentlichen Zunahme der Oberflächengeschwindigkeit des Dampfes an der Einsprühstelle kommt. Diese höhere Geschwindigkeit des Dampfes verringert den Katalysatorschlupf und fördert das schnelle Entfernen von sowohl verbrauchtem Katalysator als auch Crackprodukten aus dem Riser. Fast am Ende des Risers, z. B. etwa 3/4 des Weges durch den Crackreaktor, hat der Ka talysator eine geringe Aktivität und wirkt eher als Koksfalle als als Katalysator.

Claims (10)

1. Verfahren zum katalytischen Cracken eines hochsiedenden Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials durch Kontakt des Beschickungsmaterials in einem senkrechten Riserreaktor mit einer Quelle von heißem, regeneriertem Crackkatalysator, wodurch katalytisch gecrackte Dämpfe und verbrauchter Crackkatalysator erzeugt werden, wobei die gecrackten Dämpfe abgezogen werden und der verbrauchte Crackkatalysator regeneriert wird, wodurch heißer regenerierter Crackkatalysator erzeugt wird, der für den Kontakt mit der hochsiedenden Beschickung rezirkuliert wird, wobei das hochsiedende Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial nahe der Basis des Reaktors mit dem heißen regenerierten Crackkatalysator gemischt wird und während der Aufwärtsströmung der Mischung im Riser durch den Katalysator mindestens 1 Sekunde und mindestens über die ersten 50% der Länge des Riserreaktors von der Basis thermisch und katalytisch gecrackt wird, und wobei die Mischung anschließend nach mindestens 1,5 Sekunden Verweilzeit des Dampfes in einer Abschreckzone, die innerhalb der ersten 90% der Länge des Riserreaktors von der Basis angeordnet ist, abgeschreckt wird, indem ein Abschreckfluid in einer ausreichenden Menge eingesprüht wird, damit die Temperatur im Riser mindestens 3ºC (5ºF) abnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hochsiedende Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial mindestens 10 Gew.-% Kohlenwasserstoffe enthält, die oberhalb 500ºC sieden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hochsiedende Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial bei einem Gewichtsverhältnis von Katalysator : Beschickung von mindestens 4 : 1 mit dem heißen regenerierten Crackkatalysator gemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abschreckfluid aus Wasser, Dampf, rezirkulierten, katalytisch gecrackten Produkten und Mischungen davon ausgewählt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abschreckfluid in einer ausreichenden Menge zugesetzt wird, um die Mischung im Riser um 4 bis 56ºC (7,5 bis 100ºF) abzuschrecken.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abschreckfluid nach mindestens 2,0 Sekunden Verweilzeit des Dampfes zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abschreckfluid über 50 bis 80% der Länge des Risers, von der Basis gesehen, zugesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das inerte Abschreckfluid Wasser oder Dampf ist, die in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% der Kohlenwasserstoffbeschickung zugesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abschreckfluid Dampf oder eine verdampfbare Flüssigkeit ist, die unter Druck durch Zerstäubungsdüsen für die Abschreckung zugesetzt werden, die in Richtung der Mittellinie des Risers und in einer stromabwärtigen Richtung im Verhältnis zur Fluidströmung im Riser zeigen, wobei die Düsen eine Düsenauslaßgeschwindigkeit von mindestens 30 m/s (100 fps) haben.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur an der Basis des Risers 540 bis 590ºC beträgt.