DE2117019A1 - Verfahren zur stufenweisen Kontaktierung eines fluiden Reaktanten mit festem Material von aufwirbelbarer Teilchengröße - Google Patents

Description

UK. ILSE RUCH

PATENTANWALT

MÜNCHEN 5

REICHENBACHSTR. 51

TEL. 263251

B 16 738

B/Sea
5

Pullman Incorporated, Chicago, Illinois, USA

Verfahren zur stufenweisen Kontaktierung eines fluiden Reak= fcanten mit feste» Mate rial von aufwirbelbarer Te ilchengrQße

Die Erfindung betrifft stufenweise durchgeführte Umsetzungen unter Verwendung von aufgewirbeltem festem Material« wie die oxydative Entfernung kohliger Ablagerungen von fein-dispersem aufgewirbeltes Material und insbesondere die stufenweise Begenerierung verbrauchter Crackkatalysatoren.

Eine Anzahl chemischer Verfahren, beispielsweise Oxydationen, Hydrierungen, Chlorierungen, Kohlenwasserstoffumwandlungen usw., werden kontinuierlich in Feststoffwirbelbetten durchgeführt. Bei den Kohlenwasserst off Umwandlungen wird bei den Umsetzungen (söhliges Material auf den Feststoffteilehen in der Reaktlonszon.3 abgelagert, und die Festetoffteilchen werden in Kreislauf einer anderen Zone zugeführt, wo diese Ablagerungen wenigstens teil« weise in einem sauerstoffbaltigen Medium abgebrannt werden, und von dort ganz oder teilweise wieder der Reaktionszone zugeführt. Zu diesen Verfahren gehören Verkokungen, K^drafoitiie rangen» katalytisch® Crackverfahren usw.

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Eines der wichtigsten derartigen Verfahren ist das katalytisch« öraeken hoch-siedender Kohlenwasserstoffe zu Kohlenwasserstoffen« die im Benzinbereich sieden» in einem Katalysatorwirbelbett. Dabei wird die Kohlenwasserstoff beschickung in einer oder in mehreren Reaktionszonen unter den für die Kohlenwasserstoffuswandlung geeigneten Bedingungen mit einem Wirbelbett aus dem fein-dispersen Craokkatalysator kontaktiert.

Der gasförmige Abfluß der Reaktionszone wird einer Produktgewinnungszone zugeführt, während der Katalysator iia allgemeinen eine» Abstreifzone zugeführt wird, wo abstreifbare Kohlenwasserstoffe von den Teilchen entfernt werden und von wo der Katalysator dann in eine Wirbelbett regenerie rungs zone überführt wird, in der der größte Teil des nicht-abet reif baren kohligen Materials mit einen säuerst off halt igen Gas, beispielsweise Loft, abgebrannt wird. Der heiße regenerierte Katalysator wird dann unter Beendigung des Kreisläufe wieder in die Cwwkzone eingeführt. In Kreislauf sind auch Mittel zur Abtrennung und Rückführung von Katalysator« der von des gasförmigen Abfluß der Reaktions- und der Regenerationszone Bitgerissen wird, vorgesehen»

Zn der Regenerierungszone, die Im allgemeinen i» größten Reaktions gefäß der Anlage enthalten ist, werden derzeit gewöhnlich Bedingungen angewandt» die eine hohe Abbrenngeschwindigkeit des Kohlenstoffs begünstigen. Hierzu gehören hohe Wirbelbett« temperaturen von gewöhnlich über 620% und vorzugsweise über 634*C, beispielsweise zwischen etwa 648 und 676¹C. Da die Kohlenstoffabbrenngesehwindigkeit stark sinkt, wenn der Kohlenstoffgehalt auf den regenerierten Katalysator nur gering istliegt die praktisch erzielbare Grenze des Kohlenstoffgehaltes bei etwa 0,2 Oew.-=j£ und la allgemeinen sogar in dem Beraieh von 0,2 bis 0,4 (tew.-£.

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Der Kohlenstoffgehalt des regenerierten Katalysators ist jedoch bekanntlich von großem BinfluS auf die umwandlung in der Reaktionszone und die Zusammensetzung des bei dieser Umwandlung gebildeten Produktes, insbesondere bei kurzen Kontaktzeiten in Crackreaktoren alt verdünnter Phase. Beispielsweise hat bei konstanten Betriebsbedingungen und konstanter Erzeugung kohliger Ablagerungen eine Senkung des Kohlenstoffgehaltes eines regenerierten Siebkatalysators von etwa 0,35 auf etwa 0,1 Gew.«£ im allgemeinen eine Erhöhung der umwandlung (d.h. Verschwinden von Gasöl nit einer Verdampfungstemperatur über 2201!) üb | etwa 2,5 Vol.~£ zur Folge, und diese Erhöhung der Umwandlung bedeutet eine Herabsetzung der Bildung von weniger wertvollem schweres Heizöl. Entsprechend hat eine Senkung des Kohlenstoffgehaltea eines regenerierten Siebkatalysators von 0,2 auf etwa 0,05 Qew.«# eine Erhöhung der umwandlung ua etwa 2 Vol.-£ oder »ehr und eine Verbesserung der Benzinausbeute um etwa 1,4 Vol.-Jf oder «ehr zur Folge.

Es ist schon bekannt, die Regenerierung stufenweise in Wirbel betten durchzuführen, um einen niedrigen Restkohlenstoffgehalt auf dem regenerierten Katalysator zu erzielen und bzw. oder um den Katalysatoreinsatz zu senken· Bei diesen Verfahren nruS der Katalysator von der vorletzten Stufe in der letzten Stufe bei verhältnismäßig hohen Temperaturen mit einer übersehulmenge an frischem Regenerierungsgas von hohen OxydationsveroSgen kontaktiert werden.

Bei diesen Verfahren müssen auSerde« die einzelnen Stufen in getrennten RegenerlerungsgefSssen, die Se ein dichtes Wirbel» bett und eine darüber befindliche disperse Phase enthalten, durchgeführt werden, und in der letzten Stufe verursacht die Kombination einer hohen Regenerierungsteaperatur Bit einem beträchtlichen Saueretoffuberschufl in des aus dieser letzten Stufe austretenden verbrauchten Regenerierungsgas oft erhebliche

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Schwierigkeiten durch ein Nachbrennen in den die disperse Phase enthaltenden Baum über dem letzten Wirbelbett.

Oe genet and der Erfindung 1st ein Verfahre» zur etuf anweisen Kontaktierung wenigstens «Ines fluiden Reaktanten «it fest ess Material von auf wirbelbarer TeilohengrOSe in einem zusammenhangenden Reaktionsgefüß, wobei wenigetene zwei Wirbelbetten aus des festen Material in de« Realctionsgefäfl gehalten werden« de« ersten Wirbelbett festes Material zugeführt wird, den ersten Wirbelbett ein erster« den fluiden Reaktanten ent« haltender Strom zugeführt wird, der Reaktant in des ersten Bett wenigstens teilweise ungesetzt wird, festes Material von den ersten Wirbelbett dem zweiten Wirbelbett zugeführt wird« den zweiten Wirbelbett ein zweiter« den fluiden Reaktanten enthaltender St roe zugeführt wird und der In dem zweiten Stron enthaltene fluide Reaktant In den zweiten Wirbelbett wenigstens teilweise umgesetzt wird« das dadurch gekennzeichnet 1st« daS das erste Wirbelbett so in dem Reaktionsgeftte gehalten wird« daß seine Oberfläche sieh über den ganzen« nicht-verengten Querschnitt des ReaktionsgefMsses erstreckt und ein Teil dieses ersten Wirbelbettee direkt über dem zweiten Wirbelbett liegt.

Die Erfindung wird Im folgenden In Ihrer Anwendung auf die Regenerierung eines verbrauchten Xohlenwasseretoffunwandlungskatalyeators beschrieben. Sie 1st jedoch auch bei vielen anderen unter Verwendung von aufwirbelbaren Feststoffteilchen durchgeführten Verfahren« beispielsweise Verfahren mit Katalysatorwir·» beibetten» Reduktionen von Metalloxyden und Hydrierungen« Chlorierungen« Substitutions- und Additionsumsetzungen« anwendbar»

Bei der oben angegebenen speziellen Anwendung der Erfindung wird ein verbrauchter Kohlenwasserstoffunwandlungskatalyeator

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mit darauf abgeschiedenem kohligem Material in einem zusammenhängenden Regenerierungsgefäß mit einem eaueretoffhaltigen Regenerierungsgas, beispielsweise praktisch reinen Sauerstoff» Luft oder sit Sauerstoff angereicherter Luft, als fluiden Strömen kontaktiert. Ctem&fi einer Durchführungsform dieses Verfahrens wird dem ersten und den zweiten Wirbelbett frisches Sauerstoff enthaltendes Regenerierungsgas zugeführt. Gemäß einer anderen Durchführungsfor» wird der letzten Stufe ein Sauerstoff enthaltendes Gas zugeführt» das zuvor nacheinander jede der vorhergehenden Regenerierungsstufen durchsetzt hat« ™

so daß das den zweiten Bett zugeführt« Regenerierungegas ein teilweise verbrauchtes Regenerierungsgas ist·

Der Sauerstoffgehalt des aus den ersten Wirbelbett austretenden verbrauchten Regenerierungsgases soll ausreichend niedrig sein» daß ein ungesteuertes Kachbrennen von Kohlenaonoxyd nit Überschüssigem Sauerstoff zu Kohlendioxyd in oberen Teil des Regenerierungsgefässes, der die verdünnte Phase enthält, vermieden wird. Ein gewisses Nachbrennen in diesen Rat» Ißt Jedoch erwünscht» um Wärme zu erzeugen» die zum großen Teil von den von den verbrauchten Regenerierungsgas mitgerissenen Katalysatorteilchen aufgenommen wird» Diese nitgerissenen Katalysa- | torteilchen werden anschließend, beispielsweise durch ein oder mehrere Zylcloneintauchrohre, in das dichte Wirbelbett zurückgeführt. Ein gesteuertes Nachbrennen kann daher zur Erhöhung der Begenerleru&geteaperatur bei sonst konstanten Bedingungen genützt werden. Wenn die Temperatur in dem Regenerierungswirbel bett über 620¹C liegt» soll der Sauerstoffgehalt des von der Oberfläche des ersten Wirbelbettes aufsteigenden verbrauchten Regenerierungsgases nicht mehr als etwa 4,0 Mol-£ und vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und etwa 2,0 MoI-S* betragen. Bei den oben angegebenen Temperaturen und Säuerst of fkonzent rat ionen und den normalerweise angewandten Oaegesehwindigkeiten kann das Nachbrennen bei unter 7CK (genessen als Temperaturdifferenz zwl-

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sehen den Abgasen an oberen Ende des von der dispersen Phase eingenommenen Raums dea Regeneratorgefässes und den ersten Bett) land im allgemeinen zwischen 14 und 42T gehalten wer* den.

In einen diohten Wirbelbett geeigneter Abmessungen« in den die normalerweise angewandten Qasgeschirindigkeiten von beispielsweise Über etwa 30 em/sec. angewandt werden, erfolgt eine so gründliche Vermischung der Feststoffteilchen, daß an verschiedenen Stellen eines solchen Bettes und vom PeststoffauslaS entnommene Fest st off proben praktisch gleiche Zusammensetzungen haben. Das Aufwlrbelungsgas strömt Jedoch weitgehend laminar (in plug flow) durch das Bett. Im Falle der Regenerierung von verbrauchtem Katalysator unterliegt das Aufwirbelungsgas auch einer umsetzung* und seine Sauerstoffkonzentration nimmt daher mit der Höhe des Wirbelbetts ab. Zn der folgenden Tabelle sind die Sauerstoffkonzentrationen in verschiedenen Höhen des Wirbelbettee angegeben für den Fall, dafi als Regenerlerungegas Luft mit etwa 21 Mol.-£ Sauerstoff und einer Geschwindigkeit von etwa 75 cm/sec. in solcher Menge verwendet wird, daS das nach oben aus dem Bett austretende Gas noch etwa 1,2 WoI.Hl Sauerstoff enthält.

Tabelle I

Batthöhe, % (von unten nach oben) Sauerstoffkonzentration, .· Vol.-*

0 21

20 12

40 -Τ"

60 4

80 2

100 1,2

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Der Sauerstoffgehalt des aus den zweiten Bett austretenden Regenerierungsgases soll wenigstens 0,5 Mol.-)* betragen end nicht wesentlich geringer sein als derjenige des aus den ersten Wir* fcelbett austretenden verbrauchten Regenerierungsgasee. Vorzugsweise ist der Sauerstoffgehalt höher.

Da zwischen den Wirbelbetten keine verdünnte oder Gasphase liegt, besteht keine Gefahr eines ungesteuerten Nachbrennens dee Regenerierungsgaseε, das aus dem einen Bett austritt und direkt in das nSohste eintritt, auch wenn dieses Gas eine verhältnismäSig |

hohe Sauerstoffkonzentration und eine verhaltnismBSlg hohe Temperatur hat.

GeoäS einer Durchführungsform des Verfahrens der Erfindung sind die Saueratoffkonzentrationen der aus den ersten und de» »feiten Bett austretenden Regenerierungsgase nioht wesentllofe verschieden voneinander, und der Teil des ersten Bettes, der direkt über den «weiten Bett liegt» dient hauptsächlich als Wa"reeaustausch zone. Dieser Wärmeaustausch ist ein wesentliches Merkaal des Verfahrens gemäS der Erfindung» da dadurch die Temperatur des aus den zweiten Bett austretenden verbrauchten Regenerierungsgases auf etwa den Wert des aus dem ersten Bett austretenden restliehen verbrauchten Regeherlerungagases gesenkt wird. Daduroh werden Pehlfunktionen der Anlage als Folge von Teaperatursehwankungen in denjenigen Teil des Regeneratorrauns über der Wirbelbett oberflache weitgehend ausgeschaltet. AuSerdea bewirkt die von den verbrauchten Regenerierungsgas des zweiten Wirbelbettes an den Katalysator in ersten Wirbelbett abgegebene Wärme eine Erhöhung der Temperatur des ersten Bettes und indirekt auch des zweiten Bettes und daait eine Erhöhung der Abbrennge8ohwindigkeit in beiden Stufen. Der Wärmeaustausch erfolgt sehr rasch, und in technischen Anlagen ist 1» allgemeinen nur erforderlich» daß der Einlaß zum zweiten Wirbelbett etwa 30 bis etwa 90 cn unter der Oberfläche des ersten Bettes liegt.

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Gemäß einer anderen DurchfUhrungsf orm des Verfahrens der Erfindung wird die Sauerstoffkonzentration dee aus dem zweiten Wirbelbett auetretenden Regenerierungsgases auf einen Wert« der höher ist als derjenige dee aus den ersten Bett auetretenden Gases, gehalten. Gemä3 dieser Durohftthrungefons wirkt derjenige Teil dee era ten Bettee, der unmittelbar über dem zweiten Bett liegt« nicht nur als Wärmeaustauscher, sondern dient auch der Regenerierung. Die Lage des Oasauslaeeee der weiten Stufe muß in einen gewiesen Abstand unter der Oberfläche des ersten Bettes gehalten werden» so dafi die Sauerstoffkonzentration des aufwärts durch das erste Bett steigenden Regenerle· rungsgases in dieser Höhe nicht wesentlich geringer ist als die Sauerstoffkonzentration des aus den zweiten Bett austretenden Regenerierungsgases. Vorzugsweise 1st die Sauerstoffkonzentration des aufwärts durch das erste Bett strömenden Gases in der erwähnten Höhe etwa gleich odtr gröfler als diejenige des aus dem zweiten Bett austretenden Oases. Wenn die Sauerstoffkonzentrationen des ersten und des zweiten Regenerierungsgases in dieser Höhe etwa einander angepaßt sind, 1st derjenige Teil des ersten Wirbelbettes, der direkt über des zweiten Wirbelbett liegt, tatsächlich nichts anderes als eine Fortsetzung des ersten Bettes.

Ss ist jedoch nicht notwendig, die Säuerstoffkonzentrationen beider Regenerierungsgase einender anzupassen. Beispielsweise kann die Sauerstoffkonzentration des aus den zweiten Bett austretenden verbrauchten Gases beträchtlich niedriger sein, beispielsweise weniger als 50% des Sauerstoffgehaltes des in der gleichen Höhe durch das erste Bett nach oben strömenden Oases betragen» Das 1st beispielsweise dann der Pail, wenn der Oes~ auslad vom Bett der zweiten Stufe nahe oder direkt an Qaseln-IaS zuB) ersten Regenerierungswirbelbett gehalten wird. Nahe dem Gesauslafl des zweiten Wirbelbettes können Mittel, beispielsweise Prallbleche vorgesehen sein, ua das Vennischen des aus

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dem zweiten Bett austretenden Regenerierung gases mit den Regenerierungsgas der ersten Stufe zu unterstützen.

Die Trennung der Wirbelbetten kann durch Prallwände, die Kammern von geeigneter Form begrenzen» erreicht werden. Die Prallflächen kennen eich von einem Teil der Gefäßwand zu einem anderen erstrecken und dadurch das GefäQ in einzelne Abschnitte unterteilen« wobei jeder Abschnitt durch einen Teil der GefäSwand und die Prallfläche begrenzt wird. Die Prallwand kann auch etwa zylindrische Fora haben« wobei die Querschnittsfläche dieses " Zylinders kleiner ist als diejenige des HauptgefMsses, und so angeordnet sein, daß das erste Wirbelbett in dem rlngfönaigen Teil des Regenerationsgefässes, der die zylindrisch· vertikale Prallwand umgibt, enthalten ist, während beispielsweise das zweite Wirbelbett innerhalb der zylindrischen Prallwand gehalten wird. Innerhalb des von der ersten Prallwand umgrenzten Raumes können weitere Prallwände, die weitere Bäume abgrenzen, vorgesehen sein« wobei jeder solch« Raun ein dichtes Katalysatorwirbelbett enthält. Die Querechnittaflache der von den PrallwSnden angrenzten Räume «ufl natürlich nicht kreisförnig sein. Beispielsweise kann die Abgrenzung von Räueen mit eliptisohen Querschnitteflächen von Vorteil sein, wenn das zweite ä Wirbelbett nicht in der Mitte des Regenerationsgefäases angeordnet werden kann. Alternativ kann das zweite Wirbelbett direkt unter den «raten angeordnet sein, wobei die Betten durch Mittel zur Verhinderung einer Rucknischung von Katalysator aus dem zweiten Bett »it Katalysator aus den ersten Bett voneinander getrennt sind.

Die Form des unteren Teiles des RegeneratlonsgefKsses hängt zu einem Teil von der gewünschten Lage des Oasauslasses der zweiten Stufe ab. Wenn dieser Auslas nicht su weit unter der Oberfläche des ersten Bettes angeordnet ist, und wenn derjenige Teil des ersten Bettes, der direkt Ober den zweiten Bett liegt,

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hauptsächlich als Wärmeaustauscherzoae dient, wie oben beschrieben, werden die beiden Betten gewöhnlich etwa horizontal nebeneinander gehalten« und derjenige Teil des ItegenerationagefMsses, der diese Wirbelbett en enthält« hat in jeder Ruhe etwa den gleichen Dureinesser.

Wenn die Sauerstoffkonzentration des aus den zweiten Wirbelbett austretenden Gases erhöht wird und auch der Abstand des Auslasses des zweiten Wirbelbettes und der Oberfläche des ersten Wirbelbettes erhöht wird, kann es vorteilhaft sein, das Reak= tionsgefäS in einen Ansatz von geringeren Durchmesser, der wenigstens einen Seil des zweiten Wirbelbettes im Falle eines zweistufigen Regenerierungsverfahrens oder wenigstens das letzte Bett in einen mehrstufigen Verfahren aufzunehmen vermag, auslaufen zu lassen.

An KatalysatoreinlaB für eine nachfolgende Begenerierungsstufe (der normalerweise auch als Oasauslafi dient), sind Mittel vorgesehen, um eine Stlckvernischung von Katalysator zwischen den Stufen, d.h. in Falle einer zweistufigen Regenerierung, einen übergang von Katalysator aus des zweiten Bett zurück in das erste Bett zu verhindern. Solche Mittel sind bekannt. Beispielsweise kann der Durchmesser de· Oaeauelasses durch Prallwände verengt und daült die öbergangagesohwindigkeit des Katalysators in da« zweite Wirbelbett erhOht werden« so dafi das verbrauchte Regenerierungsgas aus dee «weiten Bett durch diese Verengung nach oben st roe t, ohne betriebt liehe Mengen an Katalysator aitsureifien. Geeignet ist auch eine schalenfOmlge Abdeckung alt Löchern, deren GesaatQuersehnittsflache derart 1st, dad wlederua die Geschwindigkeit des Obertritts von Katalysator in das zweite Wirbelbett erhöht wird. Auch die Einhaltung einer geringen Gasgeschwindigkeit von beispielsweise unter 30 on/seo. in den zweiten Wirbelbett verringert die Gefahr eines ROoknisohens.

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Je nach der Anordnung des Regenerierungsgefässee alt Bezug auf das GefSS oder die Oefässe, die die Reaktions- und die Ab-3t reif zone enthalten, können die Mittel zur Einführung von verbrauchten Katalysator in das erste Wirbelbett und ihre Lage variieren. Wenn diese Geffisse in einer Crackanlage direkt übereinander angeordnet sind, werden für die Oberführung von Katalysator zu und von der Regenerierungszone praktisch vertikale und Im Inneren der Anlage angeordnete Standrohre und Lifte verwendet. Bei großen technischen Anlagen können eine Anzahl solcher Leitungen erforderlich sein. Aus dieses Grund kann es auch erforderlich sein, in der Regenerierungszone mehrere erste Wirbelbetten parallel zueinander und bzw. oder mehrere zweite und weitere Wirbelbetten parallel zueinander anzuordnen. Beispielsweise kann bei einer Anordnung der Zonen Übereinander, wobei der Abstreifer über des Regenerator liegt, ein einziges Standrohr zur Oberführung von verbrauchte« Katalysator von der Abstreifzone sub Regenerator ausreichend sein, während zwei Leitungen zur Aufwirteführung von regeneriertem Katalysator erforderlich sind. In diese« Fall kann ein erstes Wirbelbett ausreiohend sein, während zwei parallel zueinander angeordnete zweite Wirbelbetten, von denen die KatalysatorauslaSleltungen ausgehen, verwendet werden. In Jeder der zweiten Stufen erfolgt * die Regenerierung in einen Wirbelbett, das in einem, den unteren Teil dieser Katalysatorleitung umgebenden, von einer Prallwand begrenzten Raum enthalten ist.

Frisches Sauerstoff enthaltendes Regenerierungsgas, das auch als Aufwlrbelungsmedium dient, wird in den unteren Teil des ersten und zumindest auch des letzten Wirbelbettee eingeführt« Auch Jeder dazwischenliegenden Stufe kann frisches Regenerierungsgas zugeführt werden, um die Sauerstoffkonzentration in der betreffenden Stufe zu erhöhen. Im allgemeinen haben die frischen Regenerierungsgaee gleiche Zusammensetzung, d.h. es wird beispielsweise Luft verwendet. Bs 1st aber auch möglich,

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frische Regenerierungsgase von verschiedener Sauerstoffkonzentration zu verwenden. Beispielsweise kann der einen Stufe Luft und einer anderen mit Sauerstoff angereicherte Luft oder sogar praktisch reiner Sauerstoff zugeführt werden.

Der obere Teil des Regenerierungsgefässes enthält eine gemeinsame verdünnte Phase und ist vorzugsweise mit Mitteln, wie Zyklonen, zur Rückgewinnung von Peststoff teilchen, die von den aus den Wirbelbetten austretenden Gasen mitgerissen werden, ausgestattet. Un dieses Mitreißen von Katalysatorteilchen möglichst gering zu halten, wenn in dem unteren Teil des Oefäßses verhält liismMßig hohe Gasgeschwindigkeiten angewandt werden, kann der obere Teil des Gefässes mit einem vergrößerten Durchmesser ausgebildet sein.

Wenn durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung der Restkohlenstoffgehalt auf den regenerierten Katalysator sehr gering, d.h. unter etwa 0,25 Gew.^₉ gehalten werden soll, so wird in der ersten Stufe eine Temperatur von wenigstens etwa 6o6<C, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 620 bis etwa 63²HC eingehalten, während die zweite Stufe bei einer Temperatur, die höher ist als diejenige der ersten Stufe und vorzugsweise in dem Bereich zwischen etwa 648 und etwa 752*5 liegt, gehalten wird. Gegebenenfalls auf die zweite Stufe folgende weitere Stufen können bei niedrigeren, gleichen oder höheren Temperaturen als die zweite Stufe gehalten werden. Verbrauchter Katalysator wird mit einer Temperatur von vorzugsweise wenigstens ICFC unter derjenigen des ersten Bettes in das erste Bett eingeführt. Die bei der Regenerierung angewandten Drucke können zwischen etwa Attsosphärendruck und überatmosphSriscbem Druck variieren. Die Gasoberfl&chengesehwindigkelten in jeder Stufe müssen zwischen etwa 15 cn/sec. und etwa l80 cm/eec. liegen und liegen vorzugsweise zwischen 30 cBi/sec. und 135 om/sec. Ir* der ersten Stufe wird gewöhnlich der Hauptteil der kohligen

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Ablagerungen, vorzugsweise wenigstens 60j$ des insgesamt in den Verfahren abgetrennten kohligen Materials, abgetrennt. Die sauerstoff halt igen Gase werden den einzelnen Stufen in solcher Henge zugeführt, daß die gewünschte Menge an kohligen Material abgetrennt wird (wobei die Anwesenheit von Wasserstoff in diesen Ablagerungen In Rechnung gesetzt werden muß) und die aus den einzelnen Stufen austretenden Gase die gewünschte Sauerstoffkonzentration haben. D.h. der größte Teil des insgesamt verwendeten frischen Regenerierungsgases muß der ersten Stufe zugeführt werden.

Bin wesentlicher Vorteil des Verfahrens geaäS der Erfindung 1st die gute Ausnützung der fluiden Reaktanten innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Gefäeses, da in den auf die erste Stufe folgenden Stufen verhältnisaäSig hohe Partialdrüoke an diesen fluiden Reaktanten eingehalten werden können und durch diese hohen Partlaldrücke direkt die Reaktionsgeschwindigkeiten in diesen Stufen erhöht werden, während gleichzeitig an der Oberfläche des ersten Wirbelbettes ein verhältnismäßig geringer Partialdruck an Reaktanten herrschen kann. Dieser niedrige Partlaldruck ist ein MaS für die wirksame Ausnutzung der Reaktanten in dem Geaasit verfahren.

AuSerdesa ergeben sich in Verfahren, die auf exothermen Umsetzungen, beispielsweise Oxydationen, beruhen, weitere Vorteile, da die in der auf die erste Stufe folgenden Stufe oder den folgenden Stufen freiwerdende WSnne In der ersten Stufe zu eine« Teil genützt wird und damit unerwünschte Nebenreaktionen weltgehend unterbunden werden.

Wenn exotherme Verfahren unter Verwendung wänaeempfindlicher Feststoffe, beispielsweise Katalysatoren und insbesondere Crackkatalysatoren, durchgeführt werden, weist das Verfahren geaXB der Erfindung den besonderen Vorteil auf, daQ nur ein Teil der Umsetzung bei den höchsten Temperaturen durchgeführt wird, und

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damit die Verweilzeit des Katalysators in dem Gebiet dieser hohen Temperaturen verhältnismäßig kurz ist. Welter« Vorteil· ergeben sich aus der Tatsache» daß die Verteilung« des R«stkohlenatoffs auf dem Katalysator beträchtlich gleichcoäöiger ist als bei Anwendung der herkömmlichen Regenerierungsverfahren. Bei Verwendung eines nach den Verfahren gemäß der Erfindung regenerierten Katalysators werden durch den sehr geringen Restkohlenstoffgehalt und seine gleichmäßige Verteilung auf den einzelnen Katalysatorteilchen die Umwandlung und die Zusammensetzung des Produktes günstig beeinflußt.

In den Zeichnungen ist

Figur 1 ein scheraatischer Längsschnitt durch den unteren Teil eines zylindrischen Regenerierungsgefässes, wobei die zweite Stufe vollständig innerhalb dieses Teiles des Regenerierungegefässes enthalten ist, und

Figur 2 ein Längsschnitt durch den unteren Teil eines Regenerierungsgefäeses für eine dreistufige Regenerierung von verbrauchten Kohlenwasserstoffunwandlungskat alyeator.

Der untere Teil 1 des zylindrischen Regenerierungsgefäeses von Figur 1 »eist eine vertikale Prallwand 2 auf, die diesen unteren Teil des Regenerierungsgefässes in swei Abschnitte 3 und 4 unterteilt. Die Höhe der vertikalen Prallwand kann variieren, wie durch die gestrichelte AuSenlinle 6 angezeigt« da diese Höhe von den in den Regenerierungsverfahren angewandten Bedingungen abhängt. In dem Abschnitt 3 wird ein erstes Katalysatorwirbelbett nit der Oberfläche 7 und In den Abschnitt 4 ein zweites Wirbelbett gehalten. Beide Betten sind mit Mitteln zur Einführung von dem Aufwirbeln und der Regenerierung dienenden Gas aus»

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gestattet. Im dargestellten Fall sind diese Mittel ein perforierter Belüftung3rlng 8, den Luft durch Leitung 9 zugeführt wird» für das erste Bett und ein perforierter BeIUftungering 11, am durch Leitung 12 Luft zugeführt wird, für das »reite Bett· Verbrauchter Katalysator von de» Reaktor, (der, zumindest so weit es seinen Auslaß betrifft, über dem Regenerator angeordnet ist) wird durch das Standrohr 13 in das erste Bett eingeführt. Der untere Teil des Standrohres ist von eines Schacht 14 »geben. Dieser Schacht 14 verhindert, daß der Katalysator unter Uigehung der ersten Stufe direkt In die streit« Stufe gelangt, sowie einen direkten Kontakt dieses Katalysators alt frischer Regenerierungsluft, wodurch die Möglichkeit lokaler Oberhitsungen des Katalysators weitgehend unterbunden wird. Der Schacht ist mit einen perforierten Ring 16» durch den Dampf oder Luft aus Leitung 17 geführt wird, ausgestattet. Der Katalysator wird in der durch die Pfeile angegebenen Richtung durch die Regenerierungsstufen geführt und aus dem zweiten Wirbelbett Iv Abschnitt 4 durch den Lift 18 ausgebracht. Durch das feste Stöpselvent11 20 und das hohle Stöpselventil 21 wird der Kata\ysatorflu8 durch das Standrohr 13 bzw. den Lift 18 gesteuert. Durch den hohlen Schaft 22 des hohlen Stupselventils 21 wird zu Beginn und bei Beendigung des Betriebs der Dispersion dienender Daapf und wMhrend des normalen Betriebs Kohlenwasserstoffbesehlokung eingeleitet. Ua eine RQckmisohung von Katalysator der zweiten alt Katalysator der ersten Stufe zu verhindern, ist die vertikale Prallwand 2 Bit Mitteln zur Verengung der oberen Öffnung ausgestattet, wie schenatisch durch den abgeschrägten Teil 23 der Prallwand 2 angezeigt. Erforderlichenfalls können Innerhalb der Prallwand 2 weitere PrallwSnde, die beispielsweise von dem Lift 18 ausgehen, vorgesehen sein. Auch können über der Prallwand 2 weitere PrallwHnde vorgesehen sein, um die Verteilung des von dem zweiten Wirbelbett aufsteigenden Gases in den ersten Wirbelbett zu verbessern. Die das zweite Wirbelbett umgebende Prallwand 2 kann sich gewünschtenfalls bis außerhalb

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des Regenerierungsgefässes erstrecken» Beim Betrieb wird ver·= brauchter Katalysator in das im Abschnitt 3 enthaltene erste Wirbelbett eingeführt und dort teilweise mit Luft regeneriert* und teilweise regenerierter Katalysator von dem ersten Wirbelbett wird in dem Wirbelbett der zweiten Stufe im Abschnitt 4 in Anwesenheit eines zweiten Stromes frischer Regenerierungsluft, die dieses Bett von unten nach oben durchströmt und durch die obere Öffnung des von der Prallwand umgebenen Raums in das erste Bett eintritt« weiter regeneriert.

In der in Figur 2 gezeigten Anordnung 1st der untere Teil iOl des Re gene rat ione gefSsses ro it einem Fortsatz 102 von verringerter Querschnittsfläche versehen. Innerhalb dieses Fortsatzes sind Kittel vorgesehen« um Ihn in einzelne, miteinander in Verbindung stehende Abschnitte zu unterteilen, derart, daß er zwei getrennte dichte Wirbelbetten aufzunehmen vermag, in denen die zweite und die dritte Stufe der Regenerierung durchgeführt werden. Diese Mittel sind in Figur 2 schematisch durch die Prallwand 103 angezeigt. Weitere Prallwände, beispielsweise nicht-gezeigte scheibenförmige Prallwände, können vorgesehen sein, um ein Vermischen von Katalysatorteilchen der einzelnen Stufen zu verhindern. Entsprechend ist der obere Teil des Fortsatzes mit einer sich nach innen erstreckenden Prallwand iO4 ausgestattet, durch die wiederum ein Vermischen von Katalysatorteilchen aus dem zweiten Wirbelbett mit Katalysatorteilchen des ersten Bettes In dem breiteren Teil des Regenerierungsgefässes 101 verhindert werden soll. Die sich nach oben erweiternde Prall wand 106 soll die Verteilung der aus der zweiten Stufe außtretenden Gas® in dem darüber befindlichen Katalysatorwirbelbett erleichtern. Der Aufwirbelung und Regenerierung dienende Luft wird der ersten und der dritten Stufe über den perforierten Ring 107, dem durch Leitung 108 Luft zugeführt wird bzw. einem gleichen Ring 119, dem durch Leitung ill Luft zugeführt wird, zu

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geführt. Verbrauchter Katalysator wird von oben durch das mittig angeordnete Rohr 112 unter der Oberfläche 115 des Wirbelbettes der ersten Stufe eingeführt und mittels des horizontalen Prallbleches lit gleichmäßig darin verteilt. Regenerierter Katalysator wird durch Leitung 116 abgezogen. Während des Betriebs wird verbrauchter Katalysator in die erste Stufe eingeführt und in dem Wirbelbett dieser Stufe verteilt. Durch das in dieses Bett eingeführte frische Regenerierungsgas wird der Katalysator teilweise regeneriert, und der teilweise regenerierte Katalysator dieses ersten Wirbelbettes wird dem zweiten Wirbelbett zugeführt und in diesem mit teilweise verbrauchtem Regenerierungsgas, das von dem Wirbelbett der dritten Stufe aufsteigt, weiter regeneriert, wonach er in das Wirbelbett der dritten Stufe Übertritt und in dieser mit frische« Regenerierungsgas welter regeneriert wird. Der Katalysatorfluß kann durch Schieber in den Leitungen 112 und 116 gesteuert werden. Durch Anordnung weiterer Prallwände in dem Fortsatz 102 können natürlich weitere Regenerierungsstufen vorgesehen werden. Auch kann die Prallwand 105 fortgelassen werden, so daß das Verfahren zweistufig wird. Gewünschtenfalls kann die Wand 102 nach oben bis in die erste Stufe fortgeführt werden, so daS beispielsweise die Sauerstoffkonzentration am Auslas der zweiten Stufe etwa gleich derjenigen der ersten Stufe auf der gleichen Höhe ist.

Zn den folgenden Beispielen wird das Verfahren gemäß der Erfindung zur Regenerierung eines Crackkatalysators bis zu einem sehr geringen Restkohlenstoff gehalt von 0,05 Gew.-Jf in Vorrichtungen, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind oder Modifikationen davon, mit einer herkfamliehen Regenerierung bis zum gleichen Restkohlenstoffgehalt verglichen. In allen Fällen wird ein im Handel erhältlicher Molekularaiebkatalysator mit Luft von 1,4 atü regeneriert. Der Katalysator, der zuvor in einer Reakt ions zone unter Craokbedingungen mit einem schweren

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Oasöl kontaktiert und In einer Abet reif zone abgestreift worden ist, tritt «it einer Temperatur von 478% in die erste Stufe «in. Der nach den Abstreifen auf den Katalysator verbleibende kohlige Rückstand enthalt etwa 8 (tow. -£ Wasserstoff und der Kohlenstoffgehalt des verbrauchten Katalysators betraft 0,85 aew.-Jf. Das VerhMltnia co^/GO des aus dem ersten Bett austretenden Oase· beträgt O₄ 9 und des aus den RegeneratlonsgefltS austretenden Gases 1,5. Das Nachbrennen in der verdünnten Phase über da« ersten Bett durch Verbrennen eines Teiles des aus den ersten Wirbelbett austretenden Kohlenmonoxyds wird bei 17% gehalten·

Beispiel 1

In diesen Beispiel erfolgt die Regenerierung in einen •instufigen Verfahren mit dichtem Wirbelbett. Luft wird de« Begenerierungsgefie in solcher Menge zugeführt, dad die Sauerstoffkonzentration des verbrauchten Regenerieningagases, das von der Oberfläche des Wirbelbettee aufsteigt, etwa 1,2 Hol.-Jß beträgt. Die für die Regenerierung des Katalysators von 0,85 bis su 0,05 0ew.~£ Kohlenstoff erforderliche Zelt betrügt bei einer Katalysatorwirbelbettenperatur von etwa 662% 6,58 Minute*.

Beispiel 2

Die Regenerierung des Katalysators von Beispiel 1 bei gleicher Katalysatoratrttnungsgeechwindiglcelt, ElnlaStenperatur und Rege· nerlerungadruck wird in einen sweistufigen Verfahren, beispielsweise in einer Vorrichtung, wie sie durch Figur 1 veranschaulicht ist» durchgeführt. Xn den ersten Bett werden 75J* des lnsgesant abgetrennten Kohlenstoffs und in den zweiten Bett die restlichen 250 abgetrennt. Jeden der Betten wird Luft in solcher Menge sugeftthrt, das die aus den ersten sowohl wie aus den zweiten Bett austretenden Regenerlerungsgase eine Sauerstoffkonzentration von 1,2 Mol.-£ haben. Der Oasauslafi des zweiten Bettes wird in einen Abstand von 12$ der gesanten wirksanen Höhe des ersten Wirbelbetts unter der Oberfläche dieses ersten Bettes ge-

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halten. Die Temperatur des Wirbelbette der ersten Stufe wird bei 655¹¹C und diejenige des Wirbelbetts der zweiten Stufe bei €6yc gehalten. In diesem Fall erfolgt In denjenigen Teil des ersten Wirbelbettes, der direkt über dem zweiten Wirbelbett liegt, hauptsächlich ein wärmeaustausch und nur eine geringfügige Re» generierung, was auf die Einführung des sauerstoffarmen verbrauchten Gases aus dem Bett der zweiten Stufe zurückzuführen ist. Die insgesamt zur Regenerierung des Katalysators bis zu 0,05 Qew.-£ Rest kohlenstoff erforderliche Zelt beträgt etwa 4,2*t Minuten, wovon 2,09 Minuten für die Regenerierung in der *

ersten Stufe erforderlieh sind.

Beispiel 3

Dieses Beispiel ist eine Modifikation von Beispiel 2, wobei die prozentuale Kohlenstoff abtrennung in den Stuf en und die Luftzufuhr zu den Wirbelbetten der ersten und zweiten Stufe variiert wird. In übereinstiaeung damit wird der OaeauslaS aus der zweiten Stufe relativ zu der Oberflache des Wirbelbettes der ersten Stufe an eine Stelle (etwa 50Ji der HSiie des ersten Mlj?belbettee) verlegt, wo die Saueratoffkonzent rat ionen der Begenerierungsgaee sowohl der ersten als auch der zweiten Stufe etwa 5 Mol.-Ji betragen. Die Sauerstoffkonzentration an Aualaßende des ersten _A Wirbelbetts wird wieder bei 1,2 Mol.~£ gehalten. 9O)C der gesam- " ten Kohlenstoffabtrennung erfolgen in der ersten Stufe bei etwa 651*C und 100 in den Wirbelbett der zweiten Stufe bei etwa 662<C. Die zur Regenerierung des Katalysators bis zu einem Restkohlenstoffgehalt von 0,05g beträgt 4,21 Minuten, wovon die Verweilzeit in der ersten Stufe 3*73 Minuten beträgt.

Beispiel »

Dieses Beispiel zeigt das Ergebnis einer dreistufigen Regenerierung, die beispielsweise in einer Vorrichtung, wie sie in Figur 2 veranschaulicht ist, durchgeführt werden kann, wobei der OasauslaB der zweiten Stufe direkt an den Luftelnla8 der

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ersten Stufe angrenzt. 75# des insgesamt abgetrennten Kohlenstoffs werden in der ersten Stufe und Je 12,5$ In der zweiten und in der dritten Stufe abgetrennt. Der dritten Stufe wird Sauerstoff in einem Überschuß von 10Q$ ttber die für die Gesaatkohlenstoffabbrennung in der zweiten und dritten Stufe erforderlichen Menge zugeführt, so daß die SauerstoffKonzentrationen in den aus der dritten bzw. der zweiten Stufe austretenden Gase etwa 15 bzw. etwa 10 Mol.-^ betragen* während die Sauerstoffkonzentration des aus der ersten Stufe austretenden Oases bei 1,2 Hol.~# gehalten wird. Die Temperaturen der Wirbelbett en in der ersten, zweiten und dritten Stufe betragen 641 bzw. 661 und 664ΐ, und die zur Regenerierung des Katalysators bis zu einen Restkohlenstoffgehalt von etwa 0*05 Gew. ~% erforderlichen Verweilzeiten in diesen Betten betragen etwa 2,87 bzw. 0,24 und 0,18 Minuten.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Verfahren zur stufenweisen Kontaktierung wenigstens eines fluiden Reaktanten Bit feste» Material von aufwirbelbarer Teilchengröße in einem zusammenhängenden ReaktionsgefSS« wobei wenigstens zwei Wirbelbetten aus dem festen Material in dem BeektlonsgefXS gehalten werden, dem ersten Wirbelbett festes Material zugeführt wird« dem ersten Wirbelbett ein erster« den fluiden Reaktanten enthaltender Strom zugeführt wird« der Reaktant in dem ersten Wirbelbett wenigstens teilweise umgesetzt wird« festes Material von den ersten Wirbelbett dem zweiten

Wirbelbett zugeführt wird« dem zweiten Wirbelbett ein zweiter«

den fluiden Reaktanten enthaltender Strom zugeführt wird«und der in dem zweiten Strom enthaltene fluide Reaktant in dem zweiten Wirbelbett wenigstens teilweise umgesetzt wird« dadurch gekennzeichnet» daß das erste

Wirbelbett so in dem Reaktlonsgefä8 gehalten wird« daS seine

Oberfläche sich über den ganzen nicht»verengten Querschnitt

des ReaktlonsgefSsses erstreckt und ein Teil dieses ersten Wir- λ

belbettes direkt auf dem zweiten Wirbelbett liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet « 4*8 als Feststoff verbrauchter Kohlenwaeserstof!^umwandlungskatalysator mit darauf abgelagertem kohligem Material und als fluider Reaktant ein Sauerstoff enthaltendes Regenerierungagas verwandet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet « daß in den beiden Stufen jedem der beiden Wirbelbetten frisches Regenerierungsgas zugeführt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 oder J», dadurch gekennzeichnet , daß die £auerstoffkonsentrationen der aus dem ersten und den zureiten Wirbelbett auetretenden Regenerie rungegafie etwa gleich gehalten «erden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennze lohnet, daß das den Wirbelbett in der zweiten Sufe zugeführte Regenerierungsgas anschließend des Wirbelbett in der ersten Stufe zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dad die Regenerierung in mehr als zwei Stufen durchgeführt wird, wobei ein drittes Sauerstoff enthaltendes Regenerierungsgas dem Wirbelbett der letzten Stufe und dann zu gegebener Zelt der zweiten Regenerierungsstufe zugeführt wird.

7. Verfahren nach einen der Ansprüche 2, 5 und 6, da » durch gekennzeichnet» dad die Sauerstoffkonzentration des aus des zweiten Wirbelbett austretenden Regenerierungegases höher als die des aus de« ersten Wirbelbett austretenden Oaees gehalten wird,

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet* dad die Sauerstoffkonzentration das aus der zweiten Regenerierungsstufe austretenden Oases bei einen Wert gehalten wird, der von unter bis nicht wesentlich C^r damjeni·= l:m des Regenerierungsgasee der ersten Uciwandlungsetui:: an einer Stelle neben dem GasauslaS der zweiten Stufe gehalten wird.

9. Verfahren nach eine» der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennze ich net , daß der Verbrauchte Katalysator in de» ersten Wirbelbett bei einer Temperatur von wanigstens 6Od¹C regeneriert wird und der Sauerstoff geaalt des aus dem

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ersten Wirbelbett austretenden Regenerierung*gases weniger als etwa 4,0 Hol.-£ betrügt und der teilweise regenerierte Katalysator in dem «weiten Wirbelbett bei einer h&heren Temperatur als der in dea ersten Wirbelbett herrschenden regeneriert wird.

10. Verfahren nach Anspruoh 9, dadurch gekennzeichnet , daS wenigstens 6o£ des insgesamt abgetrennten kohligen «aterials in dea ersten Wirbelbett abgetrennt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge- | kennzeichnet , dad die Teaperatur des dem ersten Wirbelbett angeführten verbrauchten Katalysators wenigstens

TCK unter derjenigen des ersten Wirbelbette gehalten wird«

12. Verfahren nach einen der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur des ersten Wirbelbettes zwisohan etwa 620% und etwa J(A⁹C und die Temperatur des swelten Wirbelbettes zwischen etwa 648% und 732% gehalten wird.

13· Verfahren nach einen der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet , dafi der Sauerstoffgehalt des aus dem ersten Wirbelbett austretenden ftegenerlerungsgases zwischen *

etwa 0,5 und etwa 2 Mol.-Ji gehalten wird.

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