DE1093351B

DE1093351B - Verfahren zur Verhuetung von Feststoffverlusten und Verstopfung der Leitungen bei der thermischen Umwandlung eines Kohlenwasserstoffoeles in normalerweise gasfoermige, ungesaettigte Kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE1093351B
Application number: DEE15987A
Authority: DE
Inventors: William Joseph Metrailer
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1958-06-09
Filing date: 1958-06-09
Publication date: 1960-11-24

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verhütung von Feststoffverlusten und zur Verhütung des Verstopfens von Produktabzugsleitungen bei einem bei hoher Temperatur durchgeführten Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, bei dem als Verfahrensprodukte entstehende Waschflüssigkeiten verwendet werden.

Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten mit Feststoffen in Teilchenform in Berührung zu bringen, die als eine aufgewirbelte, feinverteilte Suspension in einer Durchflußleitung fließen. Eine besondere Anwendung dieser allgemeinen Verfahrensweise betrifft die Umwandlung von schweren Kohlenwasserstoffölen durch Verkoken oder thermische Krackung in niedermolekulare, normalerweise gasförmige ungesättigte Kohlenwasserstoffe und in Koks bei einer Temperatur zwischen 593,33 und 815° C.

Bei der Verkokung wird die Umwandlung gewöhnlich dadurch bewirkt, daß das umzuwandelnde Material mit einer aufgewirbelten oder feinverteilten Suspension von vorgewärmten feinzerteilten, gewöhnlich nicht katalytisch wirkenden Feststoffteilchen, wie Koks oder Sand, in Berührung gebracht wird. Die Größe dieser Teilchen bewegt sich zwischen einem Teilchendurchmesser von etwa 20 bis 80 μ bei einem dementsprechend großen Unterschied in der tatsächlichen Teilchengröße bei einem beliebig gewählten Material.

Schwere Kohlenwasserstofföle, die sich als Einsatzmaterial für das Verfahren eignen, sind reduzierte Rohöle, Vakuumrückstände, Pech, Asphalt, andere schwere Kohlenwasserstoffrückstände oder deren Gemische. Gasöle, Naphthaverbindungen und andere Erdölfraktionen werden ebenfalls verwendet.

Eines der bei Anlagen dieser Art auftretenden Probleme ist, daß der aus der Vorrichtung zum Trennen von Dämpfen und Feststoffen kommende Produktstrom einige mitgeschleppte Feststoffe enthält, die nicht ohne weiteres zu entfernen sind. Nach dem Abkühlen enthält der Produktstrom auch stark ungesättigte flüssige Produkte, die zur Polymerisierung neigen. Diese beiden Stoffe zeigen das Bestreben, abwärts führende Leitungen zu verstopfen, die zu den Endproduktgewinnungsanlagen führen. Dadurch können kostspielige Betriebsstillegungen eintreten.

Es ist bekannt, Kohlenwasserstoffdämpfe unter genauer Temperaturkontrolle der Abschreckzone eines thermischen Kracksystems in einer Krackspirale zu kracken, wobei die entstehenden Produkte durch Einspritzen eines kalten feinverteilten Öls schnell abgekühlt werden. Der nicht verdampfte schwere Rückstand vom Boden des Verdampfers wird dabei durch eine Leitung entfernt, so daß das schwere Material nicht durch das System geführt wird.

Verfahren
zur Verhütung von Feststoffverlusten

und Verstopfung der Leitungen

bei der thermischen Umwandlung

eines Kohlenwasserstofföles

in normalerweise gasförmige,

ungesättigte Kohlenwasserstoffe

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

William Joseph Metrailer, Baton Rouge, La. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Demgegenüber werden nach vorliegender Erfindung schwere Rückstände, z. B. schwere Rückstandsöle, nicht in einer Krackspirale, sondern durch Einspritzen des nur teilweise verdampften Öls in eine feinverteilte Suspension heißer inerter Feststoffe gekrackt. Dabei wird das öl unter Koksablagerung auf den inerten Teilchen schnell gespalten. Inerte Feststoffe werden nach dem bekannten Verfahren nicht angewendet, und demzufolge ist auch kein Zyklon zur Abtrennung der Teilchen vorgesehen. Das Problem der vorliegenden Erfindung, Verstopfungen der Leitungen zu verhüten, wird nach dem bekannten Verfahren nicht gelöst.

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Überwindung dieser Schwierigkeiten vor. Zu diesem Verfahren gehört das Abschrecken der gasförmigen Produkte nach dem Durchlaufen einer Dampf-Feststoff-Trennvorrichtung durch teilweises Verdampfen eines flüssigen, aus dem Verfahren stammenden Kohlenwasserstoffes. Der so abgeschreckte Strom wird in einen zweiten Dampf-Feststoff-Zyklonabscheider geleitet, in dem die mitgeschleppten Feststoffe, die nicht verdampfte Abschreckflüssigkeit und das kondensierte flüssige Produkt getrennt werden. Eine größere Menge des kombinierten Flüssigkeitsstromes wird nach erfolgter Feststoffabtrennung wieder in den Oberteil der zweiten Dampf-Feststoff-Abscheidevor-

009 649/425

richtung geführt, benetzt vollständig deren Oberfläche und spült anhaftende Feststoffe ab. Dadurch wird die Ansammlung von Feststoffen oder Koks an den Wänden der Vorrichtung verhütet. Die aus dem zweiten Zyklonabscheider stammenden nichtkondensierten Dämpfe werden dann so fraktioniert, daß sie ein erstes Flüssigkeitsprodukt zur Verwendung als Abschreckmedium liefern.

Der erste flüssige Kohlenwasserstoff, der als Abschreckmedium verwendet wird, wird so gewählt, daß er 1 bis 20 Volumprozent einer Flüssigkeit enthält, die über dem Taupunkt des gasförmigen Produktstroms nach dem Abschrecken siedet, und daß es einen Endsiedepunkt hat, der um 27,8 bis 55,55° C über diesem Taupunkt liegt. Dadurch werden 80 bis 99 Volumprozent des flüssigen Abschreckmediums verdampft und kühlen den gasförmigen Produktstrom rasch so weit ab, daß Wärmekrackreaktionen zum Stillstand gebracht werden. Die nicht verdampfte Abschreckflüssigkeit verdünnt dann die hochsiedenden, stark ungesättigten Produkte, die bei den Abschrecktemperaturen kondensieren. Diese Verdünnungswirkung beseitigt weitgehend die Tendenz dieser Stoffe zur PoIymerisierung.

Die bei dem obenerwähnten Waschvorgang verwendeten kombinierten Flüssigkeitsströme setzen sich zusammen aus dem abgeschreckten Kondensat und dem nicht verdampften Abschreckmedium. Mit den gasförmigen Produkten mitgeschleppte Feststoffe werden in einer Absetzvorrichtung für in Flüssigkeiten enthaltene Feststoffe, z. B. in einem Absetzbehälter oder einer Zentrifuge, getrennt und so im Verfahren geführt, daß sie den zweiten Zyklonabscheider durchlaufen. Da eine verhältnismäßig große Menge Waschflüssigkeit notwendig wird, ist die Verwendung eines inneren Stroms vorzuziehen. Ferner ist der endgültige Siedepunkt des nicht verdampften Abschreckmediums nur gerade so hoch, wie erforderlich ist, damit genügend Flüssigkeit zur Verdünnung der hochsiedenden, stark ungesättigten kondensierten Produkte vorhanden ist. Die Verwendung des verhältnismäßig niedrig siedenden Verdünnungsmittels erleichtert die Abscheidung der Feststoffe und vereinfacht die Handhabung des Waschflüssigkeitsstroms.

In der Zeichnung wird ein schweres Petroleumrückstandsöl mit einer Temperatur von 343° C durch Leitung 1 in den als Durchflußleitung ausgebildeten Reaktionsraum 2 geleitet. Aus einem nicht gezeigten Heizbereich stammende heiße Koks-Feststoffteilchen mit einer Temperatur von 871° C werden über die Leitung 3 ebenfalls in den Reaktionsraum geleitet. Aufwirbelndes Gas, z. B. Dampf, wird durch die Leitung 4 eingeleitet. Die gesamte Kontaktzeit in dem Transportrohr beträgt etwa 0,2 bis 0,4 Sekunden, damit die gewünschte Umsetzung in Äthylen, Propylen, Butadien und andere ungesättigte Verbindungen erzielt wird. Das ausströmende Gemisch aus Koksteilchen und gasförmigen Produkten wird über die Leitung 4a in einen Dampf-Feststoff-Abscheider, z. B. einen Zyklonabscheider 5, geleitet. Die gasförmigen Produkte werden zusammen mit einigen feineren Teilchen nach oben über eine Leitung 6 abgezogen, während die gröberen Feststoffe durch die Leitung 8 in den Vorwärmbereich abgezogen werden.

Ein erstes flüssiges Kohlenwasserstoffprodukt wird über die Leitung 7 in Leitung 6 eingespritzt und kühlt die Produkte von 760 auf 288° C ab. Pro Volumen des eingesetzten schweren Petroleumrückstandsöls werden zwischen 3 bis 4 Volumen Abschreckflüssigkeit benötigt. Die Temperatur- und ölpartialdruckverhältnisse hinter dem Abschreckpunkt sind dergestalt, daß der oberhalb 343° C siedende Anteil des Abschreckflüssigkeitsstroms nicht verdampft wird. Das erste flüssige, zum Abschrecken verwendete Kohlenwasserstoffprodukt wird durch Fraktionieren erhalten und besteht zu 90% aus einem Material, das unterhalb 343,3° C siedet, und zu 10% aus einem Material, das zwischen 343,3 und 398,8° C siedet.. Der abgeschreckte Strom wird dann möglichst rasch in

ίο einen zweiten Dampf-Feststoff-Zyklonabscheider 9 geleitet. Im Zyklonabscheider 9 werden nichtkondensierte Dämpfe über Leitung 10 von den mitgeschleppten Feststoffen, dem abgeschreckten Kondensat und dem nicht verdampften Abschreckmedium getrennt.

Der kombinierte Flüssigkeitsstrom besteht zu etwa 5 Teilen aus nicht verdampftem Abschreckmedium und zu einem Teil aus Kondensat. Dieser Flüssigkeitsstrom fließt zusammen mit den mitgeschleppten Feststoffen das Zyklonabscheiderfallrohr 11 hinunter in einen Feststoffabscheider 12. Die Feststoffe werden über Leitung 13 abgezogen. Feststoffe werden mit Hilfe eines üblichen Absetzgefäßes oder einer Zentrifuge entfernt.

Ein größerer Mengenanteil des abgeklärten Flüssigkeitsstromes, d. h. 90 bis 95 Gewichtsprozent, wird über Leitung 14 in den oberen Teil des Zyklonabscheiders 9 gepumpt. Dort wird er so verteilt, daß er die Wandungsfläche vollständig überspült und dadurch eine Ansammlung von Feststoffen an den Wandüngen des Zyklonabscheiders verhindert. Die Verteilung der Flüssigkeit geschieht durch die Verwendung einer Vielzahl von tangentialen Flüssigkeitseinlässen ganz oben am Zyklonabscheider. Das überschüssige zweite Flüssigkeitsprodukt wird über Leitung 15 in ein Fraktioniergefäß 16 geleitet. Die nichtkondensierten Dämpfe aus der Leitung 10 werden fraktioniert, wobei ein leichtes Rückstandprodukt abgetrennt wird, das unterhalb des Bereiches 193,3 bis 221,7° C siedet und durch Leitung 17 austritt; eine zwischen 221,7 und 343,3° C siedende Flüssigkeit verläßt das Fraktioniergefäß durch Leitung 18, und ein erstes Flüssigkeitsprodukt, wie oben beschrieben, wird ebenfalls abgetrennt und verläßt das Fraktioniergefäß durch Leitung 19. Zur Beförderung des Fraktionier-Vorganges wird durch Leitung 20 Wasserdampf eingeleitet. Ein oberhalb 343,3° C und noch höher siedender Teer wird durch Leitung 21 abgezogen.

Das erste Flüssigkeitsprodukt wird in einer Trommel 22 gesammelt, und mindestens ein Teil davon wird durch die Leitung 7 als das vorstehend beschriebene Abschreckmedium gepumpt. Ein aus dem Kreislauf stammendes ölprodukt wird über Leitung 23 abgezogen. Ein Teil des ersten Flüssigkeitsprodukts kann zur Unterstützung des Abspülvorgangs durch Leitung 24 zu einem unteren Abschnitt des Zyklonabscheiders 9 geschickt werden, wenn übermäßiges Mitschleppen von Feststoffteilchen stattfindet.

Die Bedingungen, die im Durchflußrohr beim Verkoken von schweren Kohlenwasserstoffölen zur Erzeugung von niederen, ungesättigten Kohlenwasserstoffen zur Anwendung gebracht werden, sind in den nachstehend aufgeführten Tabellen verzeichnet. Auch sind die Bedingungen für die Vorwärmvorrichtung angegeben, die in einer solchen Anlage verwendet wird.

In dieser Vorwärmvorrichtung können, um die Feststoffteilchen auf die gewünschte Temperatur zu bringen, Koksteilchen in Gegenwart eines sauerstoffhaltigen Gases verbrannt werden, oder es können systemfremde Brennstoffe verbrannt werden; es kann aber auch ein indirekter Wärmeaustausch benutzt werden.

Bedingungen in dem als Durchflußrohr ausgebildeten Reaktionsraum

Breiter Bereich

Bevorzugter Bereich

Temperatur in ⁰C

Oberflächengeschwindigkeit des aufwirbelnden Gases in m/Sek. Kontaktzeit in Sekunden

593 bis 982
1,53 bis 45,75
0,01 bis 5,0

648 bis 871
7,63 bis 18,30
0,2 bis 1,0

Bedingungen in der Vorwärmvorrichtung

	des	aufwirbelnden	Gases	in m/Sek.	Breiter Bereich	,75	Bevorzugter Bereich
Temperatur in ⁰C				648 bis 1260 0,061 bis 45	760 bis 982 7,63 bis 18,30
Oberflächengeschwindigkeit

Die bei dem neuen Verfahren erforderliche kurze Kontaktzeit erlaubt nicht die Verwendung von Mehrstufen-Feststoffabscheidern, die bei einem Verfahren ao wie dem vorliegenden sonst üblich ist. Durch die Benetzung der Wandungen des Zyklonabscheiders wird die Ansammlung von mitgeschleppten Feststoffteilchen in den zu der Produktgewinnungsanlage führenden Leitungen verhindert. Hiermit ist auch eine Einrichtung geschaffen, durch die bei gestörtem Betrieb, z. B., wenn große Mengen Feststoffteilchen mitgeschleppt werden, die Feststoffteilchen entfernt werden können. Durch Zusatz der verhältnismäßig niedrig siedenden nicht verdampften Flüssigkeit zu dem Abschreckstrom werden die sehr hoch siedenden, stark ungesättigten Produkte verdünnt und ihre Neigung zur Polymerisierung und zur Bildung von schwer zu handhabendem Material in den Produktleitungen verringert.

Claims

Patentansprüche: 35

1. Verfahren zur Verhütung von Feststoffverlusten und Verstopfung der Leitungen bei der thermischen Umwandlung eines Kohlenwasserstofföls in normalerweise gasförmige, ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht und Koks durch Berührung des Öls mit einer feinverteilten Suspension von inerten, heißen Feststoffteilchen und Trennen der gasförmigen Produkte von den Feststoffteilchen in einer ersten Dampf-Feststoff-Trennvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten gasförmigen Produkte mit einem als Verfahrensprodukt anfallenden ersten flüssigen Kohlenwasserstoff als Abschreckmedium auf eine Temperatur abgeschreckt werden, die niedrig genug ist, um die thermische Umwandlung zu beendigen, wobei das Abschreckmedium 1 bis 20 Volumprozent einer Flüssigkeit enthält, die bei einer Temperatur oberhalb des Taupunkts des gasförmigen Produkt-Stroms nach dem Abschrecken siedet, und wobei der Endsiedepunkt des Abschreckmediums um 27,8 bis 55,55° C über dem besagten Taupunkt liegt, daß der abgeschreckte Strom in einen zweiten Zyklonabscheider für die Trennung von Dämpfen und Feststoffen geleitet wird, in dem nichtkondensierte Dämpfe von mitgeschleppten Feststoffteilchen und einem Flüssigkeitsstrom abgetrennt werden, der abgeschrecktes, flüssiges Kondensat und unverdampftes Abschreckmedium enthält, daß der Flüssigkeitsstrom von den Feststoffteilchen abgetrennt wird, daß ein größerer Mengenanteil des von den Feststoffteilchen befreiten Flüssigkeitsstroms zu dem Oberteil der zweiten Dampf - Feststoff - Zyklonabscheidevorrichtung zurückgeführt wird und dessen Wandungen benetzt, um anhaftende Feststoffteilchen abzuspülen, daß die nichtkondensierten Dämpfe und der restliche Mengenanteil des Flüssigkeitsstromes fraktioniert werden und davon Produkte in Dampfform abgetrennt werden, zu denen der erste Flüssigkeitsproduktstrom gehört, und daß mindestens ein Teil davon bei dem Abschreckvorgang verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des ersten Flüssigkeitsproduktes als Hilfswaschstrom zu einem unteren Abschnitt des zweiten Dampf-Feststoff-Zyklonabscheidebereichs geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen aus Koks bestehen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdöleinsatz ein reduziertes Rohöl verwendet wird und das als Abschreckmedium verwandte erste Flüssigkeitsprodukt 90 Volumprozent eines unter 343,4° C siedenden Materials und 10 Volumprozent eines zwischen 343,4 und 398,8° C siedenden Materials enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, zum Abschrecken gebrauchte Flüssigkeitsprodukt im Verhältnis von 3 bis 4 Volumen auf 1 Volumen Erdöleinsatz verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 608 527.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen